VAASAN YLIOPISTO         

TEKNILLINEN TIEDEKUNTA 

ENERGIATEKNIIKKA 

 

 

 

 
Tapio Syrjälä 

GEOENERGIALÄHTEEN TERMISTEN OMINAISUUKSIEN MITTAAMI-

SEEN SOVELTUVAN LAITTEISTON SUUNNITTELU JA TOTEUTUS  

 

 

 
 
Diplomityö, joka on jätetty tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten 

Vaasassa 24.9.2013 

 
 
Työn valvoja Erkki Hiltunen 

 
Työn ohjaaja Jukka Kiijärvi 



 2

ALKULAUSE 

Diplomityö on tehty Vaasan Yliopistolle osana geoenergian tutkimushanketta. Työn 

tarkoituksena oli sekä suunnitella että toteuttaa mittauslaitteisto, joka soveltuu laaja-

alaisesti erityyppisten geoenergialähteiden ominaisuuksien selvittämiseen. Suunnittelu-

työ on aloitettu vuoden 2012 kesäkuussa. Suunnittelutyön ohella mittauslaitteisto on 

toteutettu yhteistyössä eri laitetoimittajien kanssa. 

Suunnittelutehtävä kattoi kokonaisuudessaan useisiin eri tieteenaloihin liittyvien ratkai-

sujen yhteensovittamista. Erityisesti tieto- ja mittausteknisiin ongelmiin liittyen apua 

olen saanut Juha Miettiseltä ja Petri Välisuolta. Merkittävää apua laitteiston suunnitte-

lussa olen saanut myös Geologisen tutkimuskeskuksen Asmo Huuskolta. Aikaisempi 

kone- ja tietotekniikan insinöörikoulutukseni helpotti muilta osin tavoitteen saavutta-

mista. 

Kiitän työn ohjauksesta tutkimusjohtaja Erkki Hiltusta ja TkT Jukka Kiijärveä, sekä 

muita tutkimusryhmän jäseniä hyvästä yhteistyöstä. Haluan osoittaa kiitokseni myös 

vaimolleni Annelle, joka omalta osaltaan myötävaikutti diplomityön toteutumiseen. 

 

Laihialla 23.9.2013 

Tapio Syrjälä 

 

 



 3

SISÄLLYSLUETTELO 

ALKULAUSE 2 

SYMBOLI- JA LYHENNELUETTELO 4 

TIIVISTELMÄ 5 

ABSTRACT 6 

1. JOHDANTO 7 

2. TEORIA JA TAUSTATIEDOT 10 
2.1. Lämpökaivojen toteutusvaihtoehtoja 10 
2.2. Termisen vastetestin toteuttamistapoja 12 
2.3. Valokuidun käyttö lämpötilojen mittauksessa 13 
2.4. Paikallinen tai liikuteltava mittauslaitteisto 14 
2.5. Mittaustietojen kerääminen antureilta 14 
2.6. Tiedonsiirto mittausyksiköstä työasemaan 17 

3. JÄRJESTELMÄN SUUNNITTELU JA TOTEUTUS 18 
3.1. Suunnittelun lähtökohdat 18 
3.2. Virtaustekniset laskelmat ja laitevalinnat 19 
3.3. Kiertovesipumpun valinta 24 
3.4. Lämminvesivaraajan ja sähkövastusten valinta 27 
3.5. Paisunta-astian mitoitus 29 
3.6. Mittaustietojen kerääminen 32 
3.7. Langaton tiedonsiirto 36 
3.8. Sähköjärjestelmän suunnittelu 42 
3.9. Laitteiston tilantarpeeseen ja sijoitteluun liittyvät näkökohdat 45 
3.10. Mittausjärjestelmän mekaanisten osien suunnittelu 47 
3.11. Kiinnitysten laskenta ja mitoitus 48 
3.12. Mittausvaunun katsastaminen 51 
3.13. Laitteiston testaus ja koekäyttö 51 

4. TOTEUTUKSEN ANALYSOINTI 56 
4.1. Laitteiston yleisen käytettävyyden arviointi 56 
4.2. Mittaustulokset 57 
4.3. Mittaustietojen siirto työasemaan käsiteltäväksi 57 
4.4. Mittaustietojen tarkastelu 58 

5. JOHTOPÄÄTÖKSET 64 
5.1. Mittausjärjestelmän hyviä ja huonoja puolia 64 
5.2. Kehittämistarpeet 65 
5.3. Yleisarvio työn onnistumisesta 66 

6. YHTEENVETO 67 



 4

 
SYMBOLI- JA LYHENNELUETTELO 

COP  Lämpöpumpun tehokerroin 

RS 485 Mittausantureiden ja mittauslähettimen välisen yhteyden sar-
jaliikenneväylä 

USB Mittauslähettimen ja mittaustietokoneen välisen yhteyden sar-
jaliikenneväylä 

  
Ds Lämmönsiirtoputken laskennallinen sisähalkaisija 

Du Lämmönsiirtoputken laskennallinen ulkohalkaisija 
F Putkivirtauksen kitkakerroin 

L Putken kokonaispituus  
PE Polyeteeni 

Re Reynoldsin luku 
S Lämmönsiirtoputken seinämänpaksuus  

  
 Putken pinnan karheus 

hf Painehäviötä vastaavaa nostokorkeus 

em  Lämmönsiirtonesteen etanolimäärän massaosuus 

wm  Lämmönsiirtonesteen vesimäärän massaosuus 

w Veden tiheys 

e Etanolin tiheys  

 Putken osan kertavastuskerroin 

e  Etanolin viskositeetti 

w  Veden viskositeetti 



 5

VAASAN YLIOPISTO 
Teknillinen tiedekunta 
Tekijä: Tapio Syrjälä 
Diplomityön nimi: Geoenergialähteen termisten ominaisuuksien mit-

taamiseen soveltuvan laitteiston suunnittelu ja toteu-
tus  

Valvojan nimi: Erkki Hiltunen 
Ohjaajan nimi: Jukka Kiijärvi 
Tutkinto: Diplomi-insinööri 
Koulutusohjelma: Sähkö- ja energiatekniikan koulutusohjelma 
Suunta: Energiatekniikka 
Opintojen aloitusvuosi: 2009  
Diplomityön valmistumisvuosi: 2013 Sivumäärä: 76 

TIIVISTELMÄ 

Vaasan Yliopiston alueelle ollaan toteuttamassa geoenergian tutkimuskeskusta. Tutki-
muksia varten tarvitaan mittauslaitteisto, jonka avulla on mahdollista mitata lähteen 
lämmöntuotto- ja varastointikykyä. Geoenergialähde voi olla porakaivo, maalämpöput-
kisto, asfaltin alle sijoitettu keräysputkisto, vesistöön tai sedimenttiin upotettu putkisto. 
Lämmönsiirtoputkiston ja lämpöpumppujen kehitystyöhön liittyen tarvitaan tutkimusta 
erityyppisten innovaatioiden soveltuvuudesta vaihtoehtoisiin geoenergiasovelluksiin.   

Kalliokaivoja käytetään myös lämpövarastoina, joita ladataan lämpiminä vuodenaikoina 
ja hyödynnetään kylminä vuodenaikoina. Geoenergialähteitä hyödynnetään myös asun-
tojen tai kylmävarastojen viilennykseen. Skandinavian alueella tyypillinen geoenergia-
lähteen lämpötilan kausivaihtelu on 0 – 10 °C välillä. Alhainen lämpötila soveltuu hyvin 
kesäaikana tapahtuvaan tilojen viilentämiseen. 

Tutkimuksia varten tarvitaan laitteisto, jolla mitataan geoenergialähteen ominaisuuksia 
lämmönsiirtonesteen luovuttaman lämpöenergian perusteella. Terminen vastetesti edel-
lyttää usean päivän mittaista keskeytymätöntä mittausjaksoa.  

Toteutuksessa oli huomioitava laitteiston eristäminen, lämmön tuotto, lämmönsiirto, 
virtaustekniikka sekä eri turvallisuusvaatimukset ja mittaustekniikan ja tiedonsiirron 
tarpeet. Mittauslaitteiston soveltuvuus erityyppisiin mittauskohteisiin edellyttää laitteis-
tolta riittävää kapasiteettia ja tapauskohtaista muunneltavuutta.  

Lopputuloksena työstä on TRT-vaunu, joka voidaan hinata mittauspaikalle ja liittää 
sähköverkkoon tai aggregaattiin. Säädettävyys saavutetaan porrastaen lämmitystehot 1 
kW välein 18 kW tehoalueella ja käyttämällä taajuusmuuttajaa kiertovesipumpun teho-
lähteenä. Mittaustekniikka toteutetaan sarjaliikenneväylään liitetyin anturein, tiedonsiir-
to tietokoneella ja langattomalla reitittimellä. 

AVAINSANAT: Geoenergia, Terminen vastetesti, Lämpöpumppu 



 6

UNIVERSITY OF VAASA  
Faculty of technology 
Author:  Tapio Syrjälä 
Topic of the Thesis:  Development of the Measurement Equipment for 

Properties of Geothermal Energy Sources 
Supervisor:  Erkki Hiltunen 
Instructor:  Jukka Kiijärvi 
Degree Programme:  Degree Programme in Electrical and Energy Engi-

neering 
Major of Subject:  Energy Technic Engineering 
Year of Entering the University:  2009  
Year of Completing the Thesis:  2013 Pages: 76 

ABSTRACT 

A versatile geothermal energy research center is decided to build in the University of 
Vaasa. There are many available energy well sources to get geothermal energy: bore-
hole, ground, asphalt, under water or sediment. For the research and to generate new 
geothermal energy applications, a new infrastructure to analyze energy well properties, 
for the developing of heat transfer pipes and heat pumps is needed. 

Geothermal energy wells are useful also for the cooling of the houses and as cold stor-
ages. In the Scandinavia the seasonal variations of the ground temperature can be be-
tween 0 – 10 °C. Because of this low temperature, ground heat is suitable for cooling of 
the buildings in the summertime. Therefore boreholes must be analyzed also as under-
ground thermal energy storages, which can be loaded in the summertime and then used 
as a heat source in the winter. 

TRT (Thermal Response Test) coach is equipment which is used for measuring heat 
transfer properties of the geothermal energy well. The thermal response test is based on 
measuring how effectively the rock (stone) transfers heat and on the other hand store the 
heat energy. The thermal response test takes time generally a few days.  

During the implementation of the coach must be taken into account the hardware insula-
tion, heat dissipation, heat transfer, fluid flow and security as well as the requirements 
of the measurement technology and data transfer. To make the measuring equipment 
suitable for different types of measurements, sufficient capacity and flexibility was re-
quired.  

As the result of this work, is a TRT -coach, which can be towed to the measuring area 
and connected to the grid or to the aggregate. Adjustability is achieved by staggering the 
heating power of 1 kW increments on the 18 kW power range, as well as using a speed-
controlled pump. Measurements are carried out by using the sensors connected to a seri-
al communication unit.  The data is sent to be analyzed by using a computer and a wire-
less router. 

KEYWORDS: Geoenergy, thermal response test, heat pump 



 7

1. JOHDANTO 

Maahan, kallioperään ja vesistöön sitoutunutta lämpöä on mahdollista hyödyntää ener-

giantuotantoon matalaenergiatekniikalla tai tuliperäisillä alueilla sellaisenaan. Geoener-

gialähteiden energiatehokkuus vaihtelee voimakkaasti riippuen alueen sijainnista maa-

pallolla. Auringon säteilymäärissä ja tuliperäisyydessä on alueellisesti suuria eroja. 

Myös vuodenajat vaikuttavat voimakkaasti eri maakerrosten lämpötiloihin ja saatavissa 

olevaan energiamäärään. Tietyllä syvyydellä saavutetaan kuitenkin stationäärinen tila, 

jonka alapuolisessa kerroksessa vuodenaikojen vaihtelu ei vaikuta ympäristön lämpöti-

laan. 

Lämpökaivoista saatava energia on pääsääntöisesti uusiutuvaa energiaa, jonka alkuperä 

on auringosta maan pinnalle kohdistuvassa säteilyssä. Maan pinta ottaa lämpöä vastaan 

suorana säteilynä ja siirtyminä ilmasta ja sadevesistä. Maan pintaan kohdistuva lämpö-

energia siirtyy edelleen maa- ja kallioperään. Osa lämpöenergiasta siirtyy veden muka-

na konvektiona, suurin osa johtumalla. Maapallon pintakerroksista saatava energia on 

luonteeltaan uusiutuvaa energiaa. Syvemmältä saatava geoterminen lämpö perustuu ra-

dioaktiivisen hajoamisen tuottamaan säteilyyn ja maapallon sulaan ytimeen. Tältä osin 

geoterminen energia ei ole luonteeltaan uusiutuvaa. (Juvonen, 2009: 7 – 11.) 

Uusiutumattoman geotermisen lämmön hyödyntäminenkin saattaa täten lisätä ilmaston 

lämpenemistä. Useilla muilla energiaratkaisuilla tuotettu lämpöenergia kiihdyttää ilmas-

ton lämpenemistä kuitenkin suhteellisesti enemmän, joten ilmaston kannalta nettohyöty 

on tällä hetkellä kaikilla lämpökaivoihin perustuvilla ratkaisuilla ilmeinen. 

Lämpökaivoista energiaa hyödynnetään lämpöpumpulla. Lämpökaivoon asennetussa 

putkistossa kierrätetään lämmönsiirtonestettä, josta lämpöpumpun lämmönvaihtimessa 

kylmäaineen höyrystymisen myötä saadaan lämpöenergiaa. Lämmönsiirtonesteenä käy-

tetään joko pelkkää vettä tai vesietanoliliuosta. Etanolia käytetään lämmönsiirtonestees-

sä sekä jäätymisen, että bakteerikasvuston ehkäisemiseen.  

Lämpöpumpun kylmäaineen höyrystymislämpötila on lämmönvaihtimessa alempi kuin 

lämpökaivossa kierrätettävän lämmönsiirtoliuoksen, jolloin lämpöä siirtyy liuoksesta 



 8

kylmäaineeseen. Kylmäaineesta lämpö siirretään varsinaiseen lämmitysjärjestelmään 

lämpöpumpun lauhduttimessa, jossa kylmäaine jälleen nesteytyy.  

Lämpöpumpussa tapahtuu käänteinen kylmäaineprosessi jäähdyttimiin, kuten jääkaappi 

tai pakastin, verrattuna. Lämmönsiirto perustuu kylmäaineen faasimuutoksiin höyrysti-

messä ja lauhduttimessa. Kylmäaineen faasimuutokset tapahtuvat vakiolämpötilassa. 

Lämmönsiirtonesteestä lämpöä siirtyy kylmäaineeseen, jolloin se alkaa höyrystyä. Toi-

sessa vaiheessa kylmäaineesta lämpöä siirtyy lämmitysjärjestelmässä virtaavaan väliai-

neeseen. (Kaltschmitt: 2007, 387 – 393.) 

Lämpöpumpusta saatavan energian suhde prosessin tarvitsemaan energiaan on tehoker-

roin (COP, coefficient of perfomance), suuruusluokassa 3 – 5 (Glassley, 2010: s.187). 

Arvo riippuu olennaisesti siitä, miten suuri lämpötilaero lämpöpumpun höyrystimelle 

tulevan lämmönsiirtonesteen ja lauhduttimesta kulutuskohteeseen lähtevän virtauksen 

välille muodostuu. Lämpöpumpun teholla ei ole oleellisista merkitystä tehokertoimen 

kannalta. Laitteiston hyötysuhde vaikuttaa tehokertoimeen jossain määrin. Lämpöpum-

pun käyttöenergia on tavallisesti sähköenergiaa.  

Geoenergialähteen lämmönluovutuskapasiteettia ei pidä ylittää. Liian suuri negatiivinen 

energiavirta johtaa pitkällä aikavälillä lämmönkeruuputkien ympäristön hitaaseen jääh-

tymiseen ja lopulta jäätymiseen. Haitallisen ympäristövaikutuksen lisäksi tämä aiheuttaa 

lämpöpumpun tehokertoimen heikkenemisen. Vuodenaikojen mukainen lämmönlähteen 

lämpötilan kausivaihtelu, joka on otettava mitoituksessa huomioon, on kuitenkin nor-

maalia. Optimaalista mitoittamista varten on tehtävä mittauksia, jotta energialähteen 

käyttäytyminen tunnetaan riittävällä tarkkuudella.  

Käytetyt mittausmenetelmät ovat suhteellisen lyhytaikainen (4 – 5 päivää kestävä) ter-

minen vastetesti ja pitkäaikainen lämpötilajakauman seuranta DTS -laitteistolla (Mäki-

ranta, 2013). Mittaukset ovat suhteellisen kalliita toteuttaa, joten niitä käytetään lähinnä 

laajempien porakaivokenttien mitoittamiseen tai tutkimukselliseen tarkoitukseen. Yksit-

täisen lämpökaivon tehokkuus arvioidaankin alueellisesti tunnettujen parametrien perus-

teella. Suomessa porakaivoista saatava teho on keskimäärin 40 W/m, porakaivon sy-

vyyden funktiona (Kuisma, 2013). 



 9

Termisellä vastetestillä mitataan lämpökaivon kykyä varastoida lämpöenergiaa. Testi 

toteutetaan pumppaamalla lämmönsiirtonestettä lämpökaivoon asennettuun putkistoon. 

Putkistossa virtaavasta nesteestä mitataan lähtevän ja palaavan virtauksen lämpötilat ja 

virtausmäärä sekä nesteen kuumentamiseen tarvittava energiamäärä. Nestettä kuumen-

netaan sähkövastuksilla, joiden sähköenergian kulutus mitataan. Pidettäessä lämpövirta 

eli nesteen kuumennusteho vakiona, putkistossa olevan nesteen ja sitä ympäröivän ai-

neksen lämpötila nousee hitaasti. Mittausta on jatkettava useiden päivien ajan, jotta saa-

daan riittävästi tietoa energialähteen tarkkaa analysointia varten. 

Tasaantumisvaiheen jälkeen lämpövirta lämmönsiirtonesteestä lämpökaivoon saavuttaa 

laskennallisen vakioarvon, ellei mittaukseen vaikuttavia poikkeamia lämpökaivon olo-

suhteissa tapahdu. Lämmönsiirto porakaivossa perustuu johtumiseen ja kulkeutumiseen 

(konvektio). Lämmön kulkeutuminen johtuu lähinnä pohjavesivirtauksista. Niillä voi 

olla merkittävä vaikutus porakaivon termisiin ominaisuuksiin, lämmön siirtymiseen ja 

lämmön varastoitumiseen. 

Työn tavoitteena on ollut suunnitella Vaasan Yliopiston käyttöön siirrettävä mittauslait-

teisto termisten vastetestien tekemistä varten. Ensisijaisesti sitä käytetään yliopiston 

omiin tutkimushankkeisiin. Mittausta voidaan hyödyntää kuitenkin myös kaupallisesti. 

Tavoitteena on hyödyntää lämpökaivotekniikkaa lämmön- tai kylmän tuottamiseen 

mahdollisimman energiatehokkaasti (Banks, 2011; Yang, 2010). Kylmän tuottaminen 

tarkoittaa lämmön siirtoa kylmätiloista muuhun ympäristöön. Yliopistolla on olemassa 

useita yhteistyöhankkeita, joissa lämpökaivojen hyödyntämisellä on teollisuusyrityksille 

suuri taloudellinen merkitys. Mittausjärjestelmää tullaan käyttämään myös näiden läm-

pökaivojen kartoittamiseen, analysointiin ja seurantaan. 

Suunnittelussa on huomioitava erityisesti yliopistossa toteutettava energiatekniikan 

hanke, jossa tutkitaan monipuolisesti vaihtoehtoisia matalaenergiaratkaisuja. Yliopiston 

alueelle ollaan rakentamassa kokonaisjärjestelmää, jossa on tarkoitus hyödyntää me-

renalaista sedimenttiä, asfalttilämpöä, maalämpöä ja vesistöenergiaa. Lämpökaivojen 

rakennetyyppien monipuolisuus edellyttää mittausjärjestelmältä erityisvaatimuksia ja 

tapauskohtaista skaalautuvuutta. Näiden tavoitteiden toteuttaminen ei ole kaupallisin 

ratkaisuin mahdollista tai taloudellisesti perusteltua. 



 10

2. TEORIA JA TAUSTATIEDOT 

2.1. Lämpökaivojen toteutusvaihtoehtoja 

Lämpökaivot ovat maahan, kallioon, vesistöön tai vedenalaiseen pohjasedimenttiin si-

toutuneen lämmön lähteitä. Maan pintakerroksissa lämpötila vaihtelee vuodenaikojen 

mukaan, mutta syvemmälle mentäessä vuodenajoilla ei ole käytännön merkitystä vallit-

sevaan lämpötilaan. Suomessa noin 5 °C vakiolämpötila saavutetaan 15 metrin syvyy-

dessä (Kuva 1). Tämän jälkeen lämpötila kasvaa tasaisesti syvemmälle mentäessä. 

 

Kuva 1. Maa- ja kallioperän lämpötilan vaihtelu vuodenajan ja syvyyden funktiona 

(Leppäharju, 2008).  

Maalämpöä käytettäessä putkisto kaivetaan maahan routarajan alapuolelle. Lämpimään 

vuodenaikaan lämpöä varastoituu maan pintakerrokseen. Maalämmön pienimuotoisessa 

hyödyntämisessä energia on pääosin peräisin auringon maahan kohdistamasta säteilystä. 

Lämpimästä pintakerroksesta lämpö johtuu edelleen alempiin maakerroksiin. Maahan 

on mahdollista siirtää lämpöä myös hukkalämmön tai jäähdytysenergian talteenotolla. 



 11

Lämpökaivo toteutetaan poraamalla kallioperään syvä reikä, johon lämmönvaihtoputket 

pohjapainon avulla johdetaan. Reikien määrä ja/tai syvyys riippuu lämmöntarpeesta. 

Kallioperään syvemmälle mentäessä lämpötila kasvaa tasaisesti, jolloin syvemmältä 

saadaan enemmän lämpöä, toisaalta porauskustannukset kasvavat porareiän syvyyden 

kasvaessa. Lämmitykseen tarkoitetut porakaivot ovat Suomessa noin 200 metrin syvyi-

siä. Lämpötila näin syvässä porakaivossa on keskimäärin 6 °C (kuva 2). 

 

Kuva 2. Kallioperässä lämpötila nousee hitaasti mutta tasaisesti syvemmälle mentä-

essä. Lämpötilan nousu on 10 – 15 K / km (Leppäharju, 2008). 

Vesistöön upotetuilla putkistoilla saadaan lämpöenergiaa vedestä, jonka lämpötila poh-

jan läheisyydessä on muutamia asteita nollan yläpuolella. Putkisto upotetaan pohjan lä-

heisyyteen painojen avulla. Muutoin tekniikka on sama kuin maalämpöä käytettäessä. 

Vedenalaiseen sedimenttiin on sitoutunut lämpöä enemmän kuin varsinaiseen vesistöön. 

Tutkimuksen alla on, mistä sedimentin lämpö on peräisin. Oletettavasti lämpö on aina-

kin osittain peräisin auringon säteilystä, joka läpäisee veden lämmittäen suoraan sedi-

menttiä. Sedimenttiin putkistot saadaan asennettua tienalitusten poraustekniikkaa käyt-

täen. Putket saadaan paikoilleen kiinnittämällä porauksen jälkeen putket kiinni poran 

päähän, jonka jälkeen pora putkineen vedetään reiän läpi porauksen alkukohtaan. 



 12

Lämpökaivoissa käytetään yleisesti muovisia polyeteeniputkia (PE) tai niiden johdan-

naisia. Tavallisten putkien lisäksi on kehitetty koaksiaaliputkia, joissa sisäputken ulko-

puolella on kehänä useita muotoiltuja virtauskanavia tehostamassa lämmönsiirtoa ym-

päristöstä putken sisään. Koaksiaaliputkissa kylmä lämmönsiirtoneste johdetaan kana-

vistoon ja paluuvirta johdetaan putken päässä keskimmäiseen putkeen. Näiden lisäksi 

on olemassa metallisia spiraaliputkia, joiden parempi lämmönvaihtokyky perustuu joh-

demateriaaliin ja spiraalin avulla saatuun isompaan lämmönvaihtopintaan.  

2.2. Termisen vastetestin toteuttamistapoja 

Termistä vastetestiä varten on eri maissa kehitetty useita samantyyppisiä mittausjärjes-

telmiä, jotka perustuvat nesteen kierrätykseen lämpökaivoon sijoitetussa putkistossa. 

Järjestelmässä kierrätetään lämmönsiirtonestettä, jota lämmitetään siten, että lämpötila-

ero lähtevän ja palaavan virtauksen osalta saadaan mahdollisimman lähelle kolmea as-

tetta. Jotta mittaus vastaisi mahdollisimman hyvin käytännön tilannetta, pyritään mitta-

uksia tehtäessä käyttämään vastaavaa lämpötilaeroa. Suomessa maaperän lämpötila on 

keskimäärin kuusi astetta. Yli kolmen asteen lämpötilaero johtaa riskiin ylittää maaläm-

pökaivon lämpökapasiteetti. Tällöin lämpökaivo alkaisi jäähtyä aiheuttaen pitkällä aika-

välillä sen jäätymiseen.  

Analysointia varten mitataan energian kulutus, virtausmäärä ja lämpötilat lähtevän ja 

palaavan virtauksen osalta. Näiden tietojen pohjalta voidaan lämpökaivon ominaisuuk-

sista tehdä karkea analyysi ja huomioida se lopullisen lämmitys- tai jäähdytysjärjestel-

män mitoituksessa. 

Termisen vastetestin toteuttamiseen on olemassa esimerkkiratkaisuja, joissa testi on to-

teutettu kiinteällä laitteistolla, siirrettävällä kompaktilla mittauslaitteella tai isommalla 

laitteistolla, joka on sijoitettu autolla siirrettävään vaunuun. Kaikki edellä mainitut rat-

kaisut ovat olleet kunkin tutkimuksia tekevän tahon itsensä toteuttamia. Mittauksia on 

mahdollista teettää, osittain tai kokonaan, myös tilaustyönä. Kaupallinen mittausjärjes-

telmän toimittaja, Precision Geothermal LLC, valmistaa termiseen vastetestiin soveltu-

vaa kompaktia mittauslaitteistoa (GeoCube). Laite on tarkoitettu lähinnä porakaivomit-



 13

tauksiin. Rajallisesta kapasiteetista johtuen sen soveltuvuus laaja-alaiseen geoenergia-

tutkimukseen on riittämätön. 

Terminen vastetesti on mahdollista laajentaa kaksisuuntaiseksi. Kaksisuuntaisessa vas-

tetestissä mitataan lataus- tai varastointivaiheen aikana lämpökaivon vastaanottama 

energiamäärä ja käänteisesti purkuvaiheen aikana lämpökaivosta saatava energiamäärä. 

Kaksisuuntaisen testin mittaustulosten perusteella on mahdollista analysoida lämpö-

kaivon luonnetta, mahdollista hävikkiä ja syytä siihen. Mittausjärjestelmään lisätään 

tällöin lämpöpumppu, jotta saadaan mitattua lämpökaivon energianluovutuskyky. Mit-

tausjärjestelyt ovat muutoin samankaltaiset kuin yksisuuntaisessakin vastetestissä. (Hel-

ström, 2011), Witte (2001). 

2.3. Valokuidun käyttö lämpötilojen mittauksessa 

Lämpökaivon lämpötilajakauman mittaukseen on kehitetty tehokas mittaustapa joka pe-

rustuu siihen, että valon sironta on optisessa kuidussa erilainen eri lämpötiloissa. Valo-

kuidun lämpötilan asettuessa vallitsevaan lämpötilaan saadaan kyseisestä kohdasta ym-

päristön lämpötila mitattua. Mittauslaitteessa on laservalolähde, jolla lähetetään valo-

pulsseja valokuituun. Tutkimalla takaisin heijastuneen valon Raman -sirontaa, voidaan 

sirontapoikkeaman perusteella heijastumiskohdan lämpötila selvittää. Heijastumiskoh-

dan paikantaminen perustuu valon kulkuajan mittaamiseen kuidussa, sen vuoksi vaadi-

taan erittäin tarkkaa ajan mittausta. (Mäkiranta, 2013.) 

Mittauslaitteisto on kalibroitava huolellisesti ennen mittausten tekemistä. Tämä toteute-

taan upottamalla kuitu jäävesihauteeseen ja mittaamalla vastinlämpötilat mahdollisim-

man tarkkaan toisiaan vastaaviksi. Saavutettava mittaustarkkuus on normaalisti 0,01 °C 

0,5 – 1 m välimatkoin, paikannustarkkuuden ollessa vastaavasti 1 – 2m. Lämpötilat saa-

daan koko kuidun matkalta yhden mittausjakson aikana. (Hellström, 2011: 80 – 87.) 

Valokuitumittaus soveltuu parhaiten laajojen alueiden tai syvien porareikien lämpötila-

jakauman mittaukseen. Lisäksi valokuitumittauksella on mahdollista selvittää paikallis-

ten pohjavesivirtauksien vaikutusta lämpökaivon toimintaan. Yhdessä termisen vaste-



 14

testin kanssa tehtynä valokuitumittaus antaa hyvän pohjan lämpökaivon ominaisuuksien 

analysoimiselle. 

Muita lämpökaivojen lämpötilamittauksia varten tarvittaisiin erillisiä ”mittauspäitä”, 

joiden paikka lämpökaivossa on mittaushetkellä tiedossa. Näitä voitaisiin käyttää sovel-

luksissa, joissa halutaan lämpötila selvittää tiheämmin kuin mitä optista kuitua käyttäen 

on mahdollista. 

2.4. Paikallinen tai liikuteltava mittauslaitteisto 

Termisen vastetestin mittauslaitteisto olisi mahdollista rakentaa kiinteäksi osaksi läm-

pökaivoihin perustuvaa energiakenttää. Tällöin mittauksia voitaisiin toistaa ohjaamalla 

nestevirtauksia ohjausventtiilein eri osiin mitattavaa aluetta. Tämän kaltainen järjestely 

tulee kyseeseen lähinnä isojen geoenergiahankkeiden jälkiseurantaa varten. 

Kun on tarve tehdä esiselvitystä jonkun yksittäisen alueen tai lämpökaivon ominaisuuk-

sista on selkeintä käyttää siirrettävää mittausyksikköä, jolla suoritetaan mittauksia muu-

taman päivän ajan kullakin alueella. Siirrettävä mittausyksikkö voi koostua kompakteis-

ta pieneen tilaan mahtuvista osakokonaisuuksista tai olla integroitu mittausjärjestelmä-

kokonaisuus, joka sijoitetaan liikuteltavaan mittausvaunuun. Ratkaisu näiden eri variaa-

tioiden välillä on tehtävä tarvekartoituksen, käytettävyyden ja kustannuslaskelman poh-

jalta.  

2.5. Mittaustietojen kerääminen antureilta 

Mitattavia suureita ovat energian käyttö lämmönsiirtonesteen kuumentamiseen, läm-

mönsiirtonesteen tilavuusvirta, lähtevän ja palaavan virtauksen lämpötila, valokuidun 

lämpötilat ja mittauspaikan ulkolämpötila. Mittaustulokset tallennetaan mittaustallenti-

mien (dataloggerit) pysyväismuisteihin jatkokäsittelyä varten. 



 15

Mitta-anturit voivat olla toimintaperiaatteeltaan passiivisia tai aktiivisia. Passiiviantu-

reihin ei sisälly mitään sisäistä toiminnallisuutta, jolloin mittausarvo muodostuu pelkäs-

tään mitattavan kohteen tuottaman fysikaalisen ilmiön vaikutuksesta. Aktiiviset anturit 

tuottavat mittausarvon jonkun ennalta laaditun toiminnallisuuden pohjalta yhdessä mit-

tauskohteen vaikutuksen kanssa. Aktiivisiin antureihin liittyy usein myös erillinen käyt-

töjännite, joka on varsinaiselle mittauspiirin jännitteelle rinnakkainen. 

Lämpötilojen mittaus perustuu usein sellaisiin passiiviantureihin joiden vastusarvo 

muuttuu lämpötilan funktiona. Vakiojännitelähteen tuottama virta, joka läpäisee vastuk-

sen, mitataan ja virran arvon perusteella saadaan mitattavan kohteen lämpötila. Platina-

antureilla mitattaessa virta muuttuu lämpötilan muuttuessa lineaarisesti, jolloin lämpöti-

la on suorassa suhteessa mitattuun virtaan. Yleisimmin käytetään Pt-100 antureita. Täl-

löin mittauspiiri toteutetaan siten, että 4 – 20 mA standardoidut virta-arvot vastaavat 0 – 

100 °C lämpötiloja. Mittauspiirin virta pidetään hyvin pienenä, ettei se aiheuta vastuk-

sen lämpenemistä ja tästä syystä vääristä mittaustulosta.  

Mittajohtimien vastukseen vaikuttaa johtimien pituus ja niiden lämpötila. Mittausjohti-

mien lämpötilaan vaikuttaa mittausvirta ja ympäristön lämpötila. Tarkoissa mittauksissa 

mittausjohtimien vastus on kompensoitava 3- tai 4-johdinkytkennällä. Näistä 4-

johdinkytkentä on tarkin perustuen virrallisen vastuksen yli vaikuttavan jännitteen mit-

taukseen. Anturin aiheuttama jännitehäviö on anturipiiriin johdetusta vakiovirrasta joh-

tuen riippumaton mittausjohtimien aiheuttamista jännitehäviöistä, joten näin saadaan 

häiriötön mittaustulos. 

Analogisten passiivisten antureiden signaalit ovat yleensä joko standardoituja virtavies-

tejä 0 – 20 mA, 4 – 20 mA tai jänniteviestejä 0 – 10 V, 5 – 10 V tai 1 – 5V. Jännitetasot 

voivat olla myös negatiivisia tai positiivisia riippuen toteutuksesta. Jänniteviesteissäkin 

piirissä kulkeva virta on alle 20 mA. Tallentimissa on oltava kutakin anturia kohti virta- 

ja/tai jänniteviestin vastaanottamista varten oma mittauskanavansa. 

Digitaalisissa antureissa signaali on tyypiltään jännitetason vaihteluina tulkittavia sarja- 

tai rinnakkaismuotoisia on/off -tiloja. Signaalit luetaan sarjamuotoisesti peräkkäisinä 

pulsseina tai samanhetkisinä rinnakkaisina tiloina. Digitaaliviesti on sitä tarkempi mitä 



 16

useammalla bitillä mittausarvo on esitettävissä. Digitaalista viestiä varten tallentimessa 

on oltava erikseen sarja- tai rinnakkaisliikenteelle soveltuvia mittauskanavia. 

Mittauslähetin koostuu kokonaisuudesta, johon on integroitu fysikaaliseen ilmiöön rea-

goiva tuntoelin, anturiosa, mittausvahvistin ja mahdollisesti vielä erillinen lähetin. Mit-

tauslähettimen pääasiallinen tarkoitus on muuntaa tuntoelimen tuottama viesti sellaisek-

si, että tieto on mittaustallentimeen päin käyttökelpoisessa muodossa. Yleensä osa va-

kiotyyppisistä antureista on kytkettävissä tallentimiin suoraan ilman mittauslähetintä. 

Tallentimien ja antureiden välinen tiedonsiirto on toteuttavissa useilla eri tavoilla. Perin-

teisellä tavalla siten, että kukin anturi liitetään tallentimeen omilla johtimillaan tai käyt-

täen hyväksi muita väyläratkaisuja, joissa samaan dataväylään liitetään useita antureita 

ja/tai toimilaitteita. Kullakin väyläratkaisuilla on oma protokollansa, jolla laitekohtainen 

viestittäminen hoidetaan. 

Perustallentimiin sisältyy useiden anturipiirien lähdöt ja tulot integroituna yhdeksi ko-

konaisuudeksi. Eri signaalityypeille, virralle, jännitteelle tai jännitetasolleen on tallen-

timissa omat tulokanavaryhmänsä. Tallentimet lukevat tulokanavien kautta antureilta 

saatavat mittausarvot määrätyin väliajoin ja tallentavat mittaustulokset ja mittausajan-

kohdan pysyväismuistiinsa.  

Langattomissa mittausjärjestelmissä anturi- tai anturiryhmäkohtaiset mittauslähettimet 

ovat yhteydessä tallentimeen radioteitse. Tällöin mittajohtimet jäävät lyhyiksi tai tar-

peettomiksi. Mittausjohtimista aiheutuvat häiriöt jäävät näin ollen vähäisiksi. 

Tallentimiin sisältyvä pysyväismuistin koko on rajattu, mutta mitoitukseltaan niin suuri, 

että mittaustulosten menettämisen vaara on hyvin vähäinen. Mittaustiedot ovat luetta-

vissa tallentimesta ulkoiseen järjestelmään erillisiä tiedonsiirtoväyliä käyttäen. 



 17

2.6. Tiedonsiirto mittausyksiköstä työasemaan 

Tallenninjärjestelmiin sisältyy useita vaihtoehtoisia väylätekniikoita tietojen siirtämi-

seksi muihin järjestelmiin. Mittaustulokset siirretään tiedonsiirtoväylän kautta erilliselle 

tietokoneelle analysointia ja seurantaa varten. Tiedonsiirtoväylät voidaan toteuttaa myös 

langattomasti gsm-verkon yli, jolloin tiedot ovat siirrettävissä mihin tahansa työase-

maan.  

Paikalliseen työasemaan tiedot ovat helpoiten siirrettävissä sarjaliikenneväylää hyödyn-

täen ja käytännössä kaikissa mittaustallentimissa on sarjaliikenneväylä jossain muodos-

sa. Aikaisemmin yleisen sarjaliikenneväylän RS-232 on nykyisin korvannut yksinker-

taisempi USB -väylä. 

Tiedonsiirtotavasta riippumatta järjestelmältä on syytä edellyttää käyttäjätunnuksiin ja 

salasanoihin perustuvia käyttöoikeuksia mittausyksikköön. 



 18

3. JÄRJESTELMÄN SUUNNITTELU JA TOTEUTUS 

3.1. Suunnittelun lähtökohdat 

Laitteiston tulee soveltua mahdollisimman yleiskäyttöisesti erityyppisten lämpökaivojen 

termisen vastetestin tekemiseen. Tämä vaatimus edellyttää järjestelmältä joustavuutta ja 

monipuolisia ominaisuuksia. Kokonaisuuden kannalta on tarkoituksenmukaista yhdistää 

ratkaisun piiriin lämpökaivon terminen vastetesti ja lämpötilajakauman mittaus.  

Termistä vastetestiä varten on olemassa myös joitakin kaupallisia tuotteita. Kaupalliset 

tuotteet ovat pääosin suhteellisen pienikokoisia kompakteja paketteja. Näiden käyttö 

Vaasan Yliopiston tutkimustarkoituksiin on huono, sillä ne soveltuvat lähinnä vain ta-

vanomaisten kallioporakaivojen perusmittauksiin. 

Terminen vastetesti on toteutettavissa joko yksi- tai kaksisuuntaisena. Yksisuuntaisessa 

testissä mitataan pelkästään lämpökaivon tehokkuutta vastaanottaa energiaa. Kaksisuun-

taisessa testissä mitataan myös lämpökaivon kykyä luovuttaa energiaa. Kaksisuuntainen 

testi edellyttäisi lämpöpumpun tuottaman energian poistamista järjestelmästä tai varas-

toimista lämpövaraajaan. Kuumavesivaraajan tulisi olla kapasiteetiltaan ja tilavuudel-

taan tuhansia litroja, jotta se voisi ottaa vastaan lämpöpumpun mittausjakson aikana 

tuottaman energiamäärän. Käytännössä on turvauduttava puhallinjäähdyttimeen, jolla 

tuotettu lämpö poistetaan ulkoilmaan. 

Lämpötilajakauman mittaaminen suuressa mitta- ja aikaskaalassa onnistuu parhaiten 

valokuidun sirontaan perustuvilla tutkimusmenetelmillä. Asfalttikerroksen lämmönsiir-

totutkimuksia varten tehtävien matalien porakaivojen lämpötilajakauman mittaamiseen 

on tarpeen kehittää muita ratkaisuja. Valokuidun sirontaan perustuvilla menetelmillä 

erotuskyky, mittaustiheys syvyyssuunnassa, ei ole sellaisenaan riittävä. Vaihtoehtoisia 

toteutustapoja ovat spiraalimuotoon kierretty valokaapeli, kiinteät johdotetut lämpötila-

anturit tai yksittäinen mekaanisesti liikuteltava mittapää. Liikutettavaa mittapäätä käy-

tettäessä tulee sen asema, ajankohta ja lämpötilan asettumisaika huomioida erikseen. 



 19

3.2. Virtaustekniset laskelmat ja laitevalinnat 

Lämpökaivoissa käytetään yleisesti polyeteeniputkia, joiden ulkohalkaisija on 40 mm. 

Lämmönvaihto porakaivon ympäristöstä putkessa virtaavaan lämmönsiirtoliuokseen, 

tapahtuu johtumalla ja konvektiona. Polyeteeniputken lämmönjohtokyky on heikohko, 

joten paksu seinämä johtaa huonoon lämmönsiirtoon johtumisen osalta. Eri toteutusten 

välillä käytetyn putken seinämän vahvuus vaihtelee jonkin verran, mutta sen vaikutus ei 

ole kovin merkittävä virtausteknisessä tarkastelussa. Konvektio on tehokkainta, kun vir-

taus on turbulenttista. Virtausteknisinä mitoitusperusteina ovat näin ollen putken sisä-

halkaisija ja virtauksen turbulenttisuus. 

Laminaarisen ja turbulenttisen putkivirtauksen raja on osin häilyvä. Putkivirtaus on 

varmasti turbulenttista, kun Reynoldsin luku on 10000 (Cengel, 2003). Tätä on järkevää 

käyttää mitoitusperusteena virtausmäärää laskettaessa, kun alarajana pidetään lukua 

3000. Putkivirtauksen mitoituksessa on tämän lisäksi huomioitava liuoksen viskositeetti 

ja tiheys. Näiden perusteella lasketaan vaadittava virtausnopeus ja sen perusteella edel-

leen virtauksen määrä putkistossa. Kun virtausmäärä ja siitä riippuvat kokonaisvastuk-

set tunnetaan, valitaan pumppukäyrän perusteella mittausjärjestelmään virtausteknisesti 

parhaiten soveltuva pumppu.  

Vesietanoliliuoksen virtausmäärä ja -nopeus lämmönsiirtoputkistossa: 

Reynoldsin luvun, viskositeetin, nesteen tiheyden, virtausnopeuden ja putken sisähal-

kaisijan välinen riippuvuus on esitetty yhtälöissä (1): 

  

vDRe  (1) 

Virtausnopeus saadaan laskettua yhtälön (2) mukaisesti: 

D
v Re  (2) 

 



 20

Vesietanoliseoksen tilavuus on pienempi kuin seosaineiden yhteenlaskettu tilavuus. 

Liuoksessa muodostuu etanoli- ja vesimolekyylien välille vetysidoksia, joiden seurauk-

sena molekyylit asettuvat pienempään tilaan kuin erillään ollessaan. Massasuhteiden 

perusteella laskettuna tiheys olisi 940 kg/m3, liuoksen todellisen tiheyden ollessa 
3kg/m 954 . (handymath.com, 2012.) 

Vesietanoliseoksen tiheyden vaikutus virtausnopeuden laskennassa on kuitenkin suh-

teellisen merkityksetön. Etanolin viskositeetille löytyy eri lähteistä eri arvoja. Yleisim-

min käytetään arvoa e  = 1,2 10-3 Pas / 293 K lämpötilassa. Veden viskositeetti on w  

= 1,002 10-3 Pas / 293 K lämpötilassa. Vesietanoliseoksen viskositeetti muuttuu voi-

makkaasti seossuhteen funktiona. Lämmönkeruunesteessä etanolin massaosuus on noin 

30 %. Liuoksen viskositeetti  on tällöin Pas1066,2 3 (keskimääräinen arvio useiden 

eri lähteiden perusteella). 

Virtausnopeuden alarajan laskenta turbulenttisen virtauksen perusteella: 

10000Re   

sPa1066,2 3   

m034,0m003,02m040,02sDD us  (3) 

1
22

3

3

sm80,0smkg
Pa

)mN(
)m034,0()mkg954(
)10000()sPa1066,2(Re

ND
v

s

 
(4) 

Eri lämmönsiirtonesteillä virtausnopeus ja virtausmäärä ovat suoraan verrannollisia ve-

sietanoliliuoksen juoksevuuteen (viskositeettiin) ja kääntäen verrannollisia tiheyteen. 

Yhtälöissä esiintyvät suureet: Re = Reynoldsin luku, sD  = putken sisähalkaisija, uD  = 

putken ulkohalkaisija, s = seinämän paksuus, = lämmönsiirtonesteen viskositeetti, 

= lämmönsiirtonesteen tiheys. 

Yhtälöiden 3 ja 4 mukaisena on saatu täysin kehittyneen turbulenttisen virtauksen nope-

us, joka on riittävä tehokkaan lämmönvaihdon aikaansaamiseen. Polyeteeniputkien mi-

toituksessa jatkuvalla virtauksella käytetään suurimpana sallittuna arvona 2,5 ms-1 



 21

(Uponor, 2012.), joten laskennallinen virtausnopeus on edellä esitetyn perusteella oltava 

välillä 0,80 ms-1 – 2,50 ms-1.  

Painehäviön muodostumiseen virtausnopeus vaikuttaa neliöllisesti, joten kierto-

vesipumpun mitoitusperusteeksi valittiin virtausnopeuden alarajan vl = 0,80 ms-1 ja ylä-

rajan vh = 2,50 ms-1 neliöjuurien keskiarvo. Näin varmistetaan turbulenttisen virtauksen 

toteutuminen ja järjestelmän skaalautuvuus eri virtausmäärille sekä vältetään ylipaineen 

muodostuminen putkistoon. Kiertovesipumpun valintaperusteena oleva virtausnopeus 

on näiden tekijöiden pohjalta laskettu yhtälössä 5.  

1ms25,12/)50,280,0(2/)( hlm vvv  (5) 

 

Virtausmäärä V  (pumpulta vaadittava tilavuusvirta) saadaan virtausnopeuden v ja put-

ken poikkileikkauksen pinta-alan A perusteella yhtälöistä 6 ja 7 seuraavasti: 

 

 

Laitevalintoihin vaikuttaa myös virtauspiirin kokonaisvastukset. Vastuksia virtauspiiriin 

muodostaa jokainen yksittäinen komponentti ja lisäksi lämmönsiirtoputkiston kokonais-

pituus. Komponenttikohtaiset vastukset huomioidaan ns. kertavastuksina. Lämmönsiir-

toputkiston vaikutus riippuu sen kokonaispituudesta, joka vaihtelee mittauskohteittain. 

Laitteisto kannattaa ylimitoittaa siten, että virtaus säilyy kaikissa tapauksissa turbulent-

tisena. Mitoituksessa on lisäksi huomioitava mahdolliset muut satunnaiset häviöt kuten 

liuokseen kertyneen sedimentin vaikutus nestekiertoon. 

Putkivastukset aiheuttavat painehäviöitä, jotka käsitellään virtaustekniikassa dynaami-

sena nostokorkeutena. Kitkahäviöt aiheutuvat putken seinämän vaikutuksesta ja virtaa-

van nesteen sisäisestä kitkasta. Turbulenttisen virtauksen sisäinen kitka riippuu pinnan 

m034,0sD   

222 m0091,0)4/034,0(4/sDA  (6) 

/hm10,4s/h)3600()m0091,0()ms25,1( 321AvV m  (7) 



 22

karheudesta ja Reynoldsin luvusta. Muut komponenttikohtaiset virtaushäviöt huomioi-

daan kertavastuksina. Kertavastukset ovat yleensä kokeellisesti tutkittuja komponentti-

kohtaisia arvoja. Kertavastuksen aiheuttama painehäviö riippuu lisäksi virtausnopeudes-

ta ja virtaavan nesteen tiheydestä. 

Pumpun mitoituksessa on huomioitava staattinen ja dynaaminen nostokorkeus. Staatti-

nen nostokorkeus on nesteen pinnan ja pumpun imuaukon välinen vertikaalinen etäi-

syys. Lämpökaivotekniikassa staattisella nostokorkeudella ei ole merkitystä, koska ky-

seessä on suljettu kierto. Vaikuttavaksi tekijäksi jää siis dynaaminen nostokorkeus, joka 

muodostuu virtausvastusten aiheuttamien painehäviöiden summasta.  

Dynaamisen painehäviön laskenta, kun putkessa on turbulenttinen virtaus: 

fhgp  (8) 

g
v

d
Lfh f 2

2

 
(9) 

hf   = painehäviötä vastaavaa nostokorkeus 

f  = kitkakerroin, joka saadaan logaritmisesta Colebrookin yhtälöstä, riippuu Rey-

noldsin luvusta sekä putken pinnankarheuden ja halkaisijan suhteesta. Likiarvo 

on luettavissa Moodyn kartasta (Moody Chart). (White 2008:364 - 365.) 

0006,0105,8824
mm34
mm02.0 4-

D
 

(10) 

 = Pinnan karheus, muoviputkelle 0,02 mm (arvio sedimentoituneena) 

sD  = Putken sisähalkaisija 34 mm 

Moodyn kartasta (LTY: 16) saadaan kitkakertoimelle arvo f = 0,030 

)068,0(
)sm81,9()2(

)sm23,1(
m)034,0(

)03,0(
2 2

212

LL
g

v
D
Lfh

s
f  (11) 

 



 23

Laskennallinen tulos vastaa suuruusluokaltaan Uponorin painehäviömonogrammista 

saatavaa arvoa 0,50 kPa/m (Uponor, 2012). Dynaamisen painehäviön merkitys poly-

eteeniputkistossa alkaa olla merkittävä suurilla putkipituuksilla. Syvissä lämpökaivoissa 

putkiston pituus on satoja metrejä, joten putkivirtauksen dynaaminen painehäviö on 

näissä tapauksissa huomioitava ja otettava laitteiston suunnittelussa huomioon. 

Putkivirtauksesta aiheutuvan painehäviön lisäksi putkikomponenttien aiheuttamat kerta-

luonteiset vastukset aiheuttavat dynaamisia painehäviöitä. Näiden vaikutukset on huo-

mioitava piirissä erikseen. 

Kiertopumpun mitoituksessa on lisäksi otettava huomioon, että pumpun tuottokyvyn ei 

pidä missään tilanteessa ylittää suurinta sallittua virtausnopeutta (4 ms-1) PE–putkille tai 

putken osille. Virtausnopeuteen voidaan vaikuttaa kiertopumpun kierrosnopeuden sää-

döllä tai rajoittamalla virtausta mekaanisesti. Käytännössä virtausnopeutta on tarkkail-

tava mitatun virtausmäärän perusteella. 

Taulukko 1. Kertavastuskertoimia (Lähde: LTY, 2007). 

Komponentti Vastuskerroin  

Suora putkiliitos 

Kulmaliitos 
Putkimutka 

Putkihaara 
Putken laajennus 

Putken pää 
Venttiili 

0,5 

1 
0,4 

1 
0,5 

1 
3 – 6 

 

Alustava laskelma kertavastusten (taulukko 1) aiheuttamista painehäviöistä: 

Kertavastuksen aiheuttama painehäviö p lasketaan yhtälön (12) mukaan 

2

2vp  (12) 

 = kertavastuskerroin, = nesteen tiheys, v = virtausnopeus  



 24

Lähtökohtaisesti kaikki toiminnalliset komponentit ja vapaat putkilähdöt tulee olla ero-

tettavissa laitteistosta venttiilein. Mittauksen aikana kiertopiiriin sisältyviä toiminnalli-

sia komponentteja ovat ainakin kiertopumppu, vedenkuumennin ja suodatin. Lisäksi 

putkilähtöihin tulee 2 kpl sulkuventtiilejä. Näin ollen venttiilejä tarvitaan 8 kpl. 

Venttiileistä aiheutuvat painehäviöt  

kPa8,26
2

)sm23,1()mkg940(*5*8
2

21-32vp  (13) 

Putkiston muiden osien kertavastusten aiheuttama dynaaminen painehäviö on arviolta 

samaa suuruusluokkaa. Kertavastusten kokonaissummaksi saadaan näin ollen 50 kPa. 

Syvyydeltään 200 m porakaivossa putkiston kokonaispituus on noin 400 metriä, josta 

aiheutuu laskennallinen painehäviö (400 * 0,50 kPa/m) on noin 200 kPa. Dynaamisten 

painehäviöiden kokonaissumma on tällöin 250 kPa, joka vastaa vedelle 25 metrin nos-

tokorkeutta. 

3.3. Kiertovesipumpun valinta 

Pumppu on mitoitettava siten, että maksimivirtaus ei ylitä putkiston sallittua jatkuvan 

virtauksen virtausnopeutta kuin tilapäisesti. Mittausta varten säädetyllä osateholla on 

saavutettava riittävä virtausnopeus turbulenttisuuden saavuttamiseksi ja lisäksi vaadi-

taan vähintään 25 metrin nostokorkeus kyseisellä tilavuusvirralla.  

Virtausnopeuden jatkuvan maksiminopeuden ollessa 2,5 m/s, sitä vastaava tilavuusvirta 

on noin 9 m3/h. Tilavuusvirran ja dynaamisen nostokorkeuden perusteella Lowaran tau-

lukosta sopiva pumppu olisi Lowara 10SV03, jonka tuotto 25,8 m nostokorkeudella on 

10,2 m3/h. Pumpun ottoteho on 1,1 kW.  Pumpun teho nimelliskierrosluvulla siis ylittää 

jatkuvan maksimi virtausnopeuden asettaman ehdon niukasti. Tilapäinen virtausnopeus 

voi olla maksimissaan 4,5 m/s, joten jatkuvan virtausnopeuden maksimin ylityksestä ei 

ole haittaa, kunhan mittauksen aikainen tilavuusvirta putkistossa säädetään sopivaan 

arvoon. 



 25

Porakaivon syvyys voi olla jopa 500 m, jolloin dynaaminen painehäviö vastaa 55 metrin 

nostokorkeutta. Pumppuvalmistajan (Lowara) taulukosta nähdään, että tällöin vaaditaan 

pumpun tyypiksi vähintään 10SV05 (kuva 3). Tämä pumpun antama tilavuusvirta on 

5,0 m3/h nostokorkeuden ollessa 56,1 m. Tämä johtaisi 29 m nostokorkeudella 14 m3/h 

virtausmäärään, joka vastaisi virtausnopeutta 3,5 m/s. Sekin jää virtausnopeuden tilapäi-

sen maksimiarvon 4,0 m/s alapuolelle, mutta ylittää jatkuvan virtauksen maksimiarvon. 

 
Kuva 3. Mittausvaunuun asennettu kiertovesipumppu Lowara 10SV05, joka on kiin-

nitetty asennuslevyyn haponkestävin teräspultein. 



 26

Eri käyttötapausten vaihdellessa huomattavasti täytyy mittausjärjestelmään valita teho-

kas kiertopumppu, joka tuottaa riittävän suuren tilavuusvirran tapauksesta riippumatta. 

Lisäksi mittausjärjestelmään on toteutettava erillinen virtausnopeuden rajoitin. Virtaus-

nopeutta on mahdollista rajoittaa joko pumpun pyörimisnopeutta säätämällä, ohivirtauk-

sella tai virtausvastuksin.  

Virtausmäärän mekaaninen rajoittaminen virtausvastuksin vaikuttaa osaltaan viskoosin 

nesteen lämpötilaan ja virtaustyyppiin. Virtausmäärän rajoittamiseen on näistä syistä 

johtuen suositeltavampaa käyttää pumpun pyörimisnopeuden säätöä. Tätä tarkoitusta 

varten hankittiin taajuusmuuttaja (kuva 4). Pumpun pyörintänopeus asetetaan mitatun 

virtausmäärän perusteella sopivaksi. 

 
Kuva 4. Vacon 10 -taajuusmuuttaja ja sen alla langaton reititin asennettuina vaunun 

etuosan suojattuun tilaan. 



 27

Kiertovesipumpun lisäksi järjestelmään asennettiin täyttöpumppu (kuva 5).  Täyttö-

pumpun on oltava riittävän tehokas ilman poistamiseksi putkistosta. Paisunta-astia on 

mitoitettava riittävän tilavaksi, jotta nesteen lämpölaajenemisesta aiheutuvat painevaih-

telut jäävät vähäisiksi. Täyttöpumpulla täytetään järjestelmä lähtöpaineeseen, joka 

muuttuu nesteen lämpötilanmuutosten, nestetilavuuden ja paisunta-astian ilmatilavuu-

den funktiona.  

 
Kuva 5. Kuvassa on järjestelmän täyttämiseen tarkoitettu keskipakoispumppu pultat-

tuna mittausvaunun lattiaan kiinnitettyyn asennuslevyyn. 

3.4. Lämminvesivaraajan ja sähkövastusten valinta 

Varaajan valinnassa on huomioitava lämmönsiirtonesteen syövyttävä vaikutus, joten 

nesteen kanssa kosketuksissa olevien materiaalien, eli varsinaisen säiliön, on oltava ha-

ponkestävää terästä. Samoin sähkövastusten ulkopinnat tulee olla haponkestävää mate-

riaalia. Koska varaaja on järjestelmässä paineen alaisena osana, tulee sen täyttää nestettä 

sisältävien paineellisten astioiden mukainen paineasetus. 



 28

Varaajan nestetilavuudella ei ole mittauksen kannalta kovin suurta merkitystä. Tilavuus 

määräytyy lähinnä sen mukaan, millä ulkomitoilla varustettuja vastuksia järjestelmään 

on halutun tehon puitteissa saatavissa. Suunnitelman mukainen kokonaisteho, jolla pys-

tytään kattamaan myös tavallista suurempaa tehontarvetta vaativat mittauskohteet, on 

arvioitu 18 kW:ksi. Muita varaajan valintaan vaikuttavia kriteerejä ovat paino, lämpö-

eristys, putkiyhteiden sijainti, varaajan kiinnitettävyys ja hinta. 

Vastusten tehontarve määräytyy lähinnä lämpökaivon yhdensuuntaispituuden mukaan 

ollen noin 40 W/m. Näin ollen 18 kW teholla saavutetaan lähes 500 m:n syvyyteen riit-

tävä teho. Jos porakaivot ovat noin 200 m syvyisiä, tehontarve on noin 8 kW.  

Lämpökaivon ideaalinen lämmönsiirtoteho on tapauskohtainen. Näin ollen vastetestissä 

käytettävä vastusten teho tulisi valita mahdollisimman hyvin arvioitua lämmönsiirtote-

hoa vastaavaksi. Teho on mahdollista valita 1 kW:n portain, kun käytetään tähteen kyt-

kettyjä 3, 6 ja 9 kW:n vastuksia. Kunkin vastuksen vastuselementeistä valitaan kytkimi-

en (kuva 7) avulla sopiva yhdistelmä lämmitystehon tuottoon. Käytännössä tarvitaan 1, 

2, 3, 4 ja 8 kW tehoja vastaavat kytkimet, joiden yhdistelmänä saadaan sopiva lämmi-

tysteho. 

Tarkoitukseen sopivaa sähkökattilaa ei tiedusteluista huolimatta ollut saatavissa. Eri 

valmistajilta saatujen tarjoustietojen pohjalta valinta kohdistui Akvatermin 150 litran 

varaajaan (kuva 6), johon räätälöitiin tarvittavat putki- ja vastusyhteet. Akvatermin tuote 

oli myös kokonaishinnaltaan edullisin. 

Sähkövastusten hankkiminen osoittautui hieman ongelmalliseksi, kun vastusten toimit-

tajalla kaikki vastuskoot eivät olleetkaan sellaisia, että ne olisivat pituudeltaan sopineet 

varaajan sisään (syynä tähän oli valmistajan tuotesivuilla oleva virheellinen informaa-

tio). Oilon Oy:ltä löytyi kuitenkin tarkoitukseen sopiva 9 kW vastus, jossa vastusele-

menttien päät oli taivutettu kokonaispituuden lyhentämiseksi. Tähän vastusmalliin jou-

dutaan kuitenkin lisäämään erilliset liittimet nollajohtimelle, koska erillistä tähtipistelii-

täntää ei ole valmiina olemassa. Alkuperäisessä käyttötarkoituksessaan kyseistä vastusta 

käytetään täydellä 9 kW teholla, jolloin nollajohtimen kautta ei kulje virtaa. Erilliset 



 29

nollajohdinliitännät tarvitaan, jotta vastuksesta voidaan kytkeä käyttöön yksi 3 kW vas-

tuselementti kerrallaan. 

  
Kuva 6. Akvaterm Oy:n 150 litran 

lämminvesivaraaja, 18 kW 

sähkövastukset. 

Kuva 7. Sähkövastusten ohjauskytkimet, 

merkkilamput ja sähköjärjestelmän 

pääkytkin. 

3.5. Paisunta-astian mitoitus 

Paisunta-astia mitoitetaan lämmönkeruunesteen tilavuuden lämpölaajenemiskertoimen 

mukaan siten, että ilmatilavuuden muutoksessa otetaan huomioon paineenvaihtelun vai-

kutus tilavuuteen. Vaihtoehtoisina paisunta-astiamalleina tulevat kyseeseen ns. paljesäi-

liö tai suljettuun ilmatilaan perustuva paisunta-astia. Periaatteessa olisi mahdollista 

käyttää myös avointa paisunta-astiaa, jolloin painevaihtelua ei tarvitse paisunta-astian 

mitoituksessa erikseen huomioida.  



 30

Lämmönkeruuneste on käytännöllisesti katsoen kokoonpuristumatonta, joten sen tila-

vuudenmuutos tulee huomioida täysimääräisenä. Lämpölaajenemisen johdosta paisunta-

astia tulee mitoittaa siten, että kokoonpuristuvan ilman paine ei ylitä järjestelmän mitoi-

tuspainetta.  

Lämmönkeruunesteen lämpölaajenemiskerroin määräytyy seosaineiden suhteista. Ve-

delle tilavuuden lämpötilakerroin on 0,21 10-3 1/K ja etanolille 1,14 10-3 1/K. Etanolin 

massaosuus liuoksessa on yleensä 30 %. Etanolin tiheys on 790 kg/m3 ja veden 998 

kg/m3. Edellisten perusteella lämmönkeruunesteessä jakeet suhtautuvat siten, että etano-

lia on 35,1 % ja vettä 64,9 % kokonaistilavuudesta. Näin ollen lämmönkeruunesteen 

lämpölaajenemiskertoimeksi saadaan 0,351 × 1,14 10-3 1/K + 0,649 × 0,21 10-3 1/K = 

0,537 10-3 1/K. 

Lämpötilaero, joka mittaustilanteessa on merkittävä, rajoittuu käytännössä 30 K aluee-

seen. Lämmönkeruunesteen määrä voi olla jopa 1000 litraa, joten lämpölaajenemisva-

raksi saadaan 1000 l × 30 K × 0,537 × 10-3 1/K = 16 litraa. Mahdollinen häiriötilanne 

edellyttää kuitenkin varautumaan siihen, että lämmönkeruunesteen lämpötila voi nousta 

varotoimista huolimatta lähelle kiehumispistettä. Paisunta-astian mitoituksessa tämä tu-

lee huomioida erikseen. Mikäli oletetaan lämpötilan nousu kolminkertaiseksi, niin pai-

suntavaraksi tulee tällöin noin 50 litraa. 

Paisunta-astian tulee olla riittävän suuri, jotta käyttöpaine pysyy tarkoituksenmukaisissa 

rajoissa. Lämpötilan alarajalle sopivana lähtöpaineena on syytä pitää yhden ilmakehän 

ylipainetta eli 100 kPa. Lämpölaajenemisen seurauksena ylipaine saa nousta korkein-

taan 300 kPa arvoon. Nesteen syrjäyttäessä ilmaa, ilma puristuu kasaan paineen nous-

tessa vastaavasti, koska ilmamäärä pysyy vakiona. Paine ja tilavuus suhtautuvat toisiin-

sa siten, että paineen ja tilavuuden tulo pysyy vakiona, kun nesteen lämpötila pysyy säi-

liössä ympäristön lämpötilassa. 



 31

Ylipaineen ollessa kolminkertainen ilmanpaineeseen verrattuna (300 kPa) loppupaine 

on nelinkertainen ja tilavuus siis neljäsosa alkuperäisestä. Ylipaineen ollessa yhtä suuri 

kuin ilmanpaine (100 kPa) ilmatilavuus on puolet alkuperäisestä. Neste- ja ilmatilavuu-

den muutos on täten edellisten tilavuuksien erotuksena myös neljäsosa alkuperäisestä 

tilavuudesta. Paisunta-astian tilavuudeksi saadaan siis 200 litraa, kun yhden neljäsosan 

tilavuus on 50 litraa.  

Paisunta-astian tilavuus on normaaleihin käyttötapauksiin nähden huomattavasti ylimi-

toitettu.  Varautuminen poikkeustilanteisiin, lämpötilanmuutosten tai mitattavaan järjes-

telmään sisältyvän lämmönsiirtonesteen määrän osalta, edellyttää kuitenkin riittävää 

marginaalia paisunta-astian koon suhteen.  

 

Esipaineistettua kalvopaisunta-astiaa 

käyttämällä säästetään tilaa ja selvitään 

pienemmällä nestemäärällä. Kalvo-

paisunta-astiassa ilmatilan ja nestetilan 

välissä on kalvo, joka esipaineistetaan 

säiliön päällä olevalla ilmaventtiilillä. 

Näin ollen säiliötä ei tarvitse esitäyttää 

muun järjestelmän täytön yhteydessä 

vaan säiliö voidaan esipaineistaa pai-

neilman avulla sopivalle tasolle. Tällöin 

säiliön esitäyttöön tarvittava nestemäärä 

jää oleellisesti pienemmäksi. Näistä läh-

tökohdista paisunta-astiaksi valikoitui 

Pumppulohja Oy:n 120 litran haponkes-

tävä kalvopaisuntasäiliö (kuva 8). 

Kuva 8. Pumppulohja Oy:n 120 litran 

kalvopaisunta-astia. 

 

 



 32

3.6. Mittaustietojen kerääminen 

Mittausjärjestelmän tehtävänä on tuottaa riittävä määrä informaatiota analysoinnin poh-

jaksi ja johtopäätösten tekemiseksi niiden pohjalta. Lämpökaivojen osalta oleellista on 

kyetä mittaamaan lämpökaivon kykyä siirtää lämpöä ympäröivästä materiasta lämmön-

siirtonesteeseen.  

Termisen vastetestin kannalta mitattavia suureita ovat sähköenergian kulutus, lähtevän 

ja palaavan virtauksen lämpötilat ja lämmönsiirtonesteen virtausmäärä. Lisäksi mitataan 

lähtevän ja palaavan virtauksen paineet ja selvittää näiden erotuksen perusteella dynaa-

minen painehäviö. Sääasemalta saadaan lisäksi ulkoilman lämpötila, ilman paine, kos-

teus ja tuulen nopeus. Mittausjärjestelmän toiminnan ohjaukseen liittyviä suureita ovat 

järjestelmässä vallitseva paine ja pumpun pyörimisnopeus. Näiden mittaaminen ei ole 

kuitenkaan oleellista lämpökaivon ominaisuuksien tarkastelemisen kannalta. 

Lämpötilojen mittaamiseen käytetään sarjaliikenneväylään kytkettäviä kolmijohtimisia 

Pt-100 antureita. Lämpötila-anturit upotetaan putkiyhteiden kautta suoraan virtaavaan 

nesteeseen. Virtausmäärää ja virtausnopeutta mitataan putkistoon asennettavalla vir-

tausmittarilla, jolloin nestevirtaus kulkee virtausmittarin läpi. Virtausmittarissa tulee 

lisäksi olla erillinen pulssianturi virtausmäärätiedon siirtämiseksi tiedonkeruulaitteeseen 

(kuva 9). Paineanturit asennetaan lämpötila-antureiden tapaan putkiyhteisiin. 

 
Kuva 9. Virtausmittari ja pulssianturi virtausmäärän mittausta varten. 



 33

Mittausjohtimet kytketään antureiden tulo- ja lähtöliittimiin sekä mittauslähettimessä 

niitä vastaaviin tuloihin. Mittauslähettimen tulokanava voidaan ohjelmoida ottamaan 

vastaan joko virta- tai jänniteviesti. Mittauslähetin muuntaa saamansa informaation suu-

retta vastaavaksi lukuarvoksi. Mittauslähettimet liitetään tiedonsiirtoväylän (RS 485) 

kautta edelleen tiedonkeruuyksikköön tai tietokoneeseen USB – väylämuuntimella. 

Väylämuuntimella muunnetaan mittauslähettimiltä saatavat tiedot yleiseen sarjaliiken-

nemuotoon. Tietokoneessa kyseistä sarjaliikenneporttia käsitellään virtuaalisena COM-

porttina. Tietokoneeseen (kuva 10) tai tiedonkeruuyksikköön asennettu ohjelmisto 

(PromoLog) tallentaa mittaustiedot pysyväismuistiin jatkokäsittelyä varten. 

 
Kuva 10. Mittaustietojen tallennukseen ja tiedonsiirtoon valittu erittäin hyvin olosuh-

desuojattu tietokone, johon mittaustiedot mittauslähettimiltä siirretään.  

Kuvassa 11 on kuvaus tiedonkeruujärjestelmästä, johon on liitetty useita erityyppisiä 

antureita sarjaliikenneväylän ja sarjaliikennemuuntimen kautta tietokoneeseen. Langat-

tomille antureille on vastaanottimet, jotka ovat liitettävissä suoraan sarjaliikenne-

väylään. Termiseen vastetestiin soveltuu parhaiten sarjaliikenneväylään kytketty 16-

kanavainen mittauslähetin, johon antureilta tiedot saadaan siihen kytketyillä mittausjoh-

timilta.  



 34

 

Kuva 11. Nokeval tiedonkeruujärjestelmä. Kuvan mukaisesta kokoonpanosta 

termiseen vastetestiin soveltuvat osat ovat: RMD680-mittauslähetin, 

DCS770 sarjaliikennemuunnin, PC ja PromoLog-ohjelmisto.  

Lämmönsiirtonesteen kuumennukseen käytettävän sähköenergian mittaamiseen käyte-

tään sähköenergiamittaria (kWh-mittari), joka tulee mittamuuntimen ja mittauslähetti-

men avulla liittää samaan sarjaliikenneväylään (RS-485) kuin prosessianturitkin.  Säh-

köenergiamittarista saadaan sähkönkulutuksen arvo pulsseina energiayksikköä kohden. 

Vesi- ja sähkömittarin antamat pulssitiheydet on sovitettava erillisellä mittamuuntimella 

lähettimen mittauskanavalle soveltuvaan muotoon. Tarkoitukseen soveltuva mitta-

muunnin muuntaa pulssitiheyden virta- tai jänniteviestiksi, jonka mittauslähetin lukee 

mittauskanavasta. 

RMD680-mittauslähettimeen on liitettävissä 16 anturia, joiden erilliset tulot voidaan 

asettaa ottamaan vastaan standardoitu virtaviesti (4 – 20 mA) tai jänniteviesti (0 – 10 

V). Lisäksi kukin anturipiiri kalibroidaan erikseen tuolle alueelle siten että tarpeellinen 

mittausväli tulee mittavaihtelun puitteissa katettua kokonaan. Tarkkuus paranee, kun 

mittaustiedot vaihteluvälin puitteissa säädetään koko mittausalueelle. 

 



 35

RMD680-mittauslähettimen tulokanavat määritellään laiteen paneelista kalvopainonäp-

päimiä hyväksikäyttäen tai ohjelmallisesti mittaustietokoneeseen asennetulla MekuWin 

asetusten määrittelyohjelmalla (kuva 12).  

 
Kuva 12. MekuWin -ohjelman käyttöliittymä käynnistyksen jälkeen; DCS770 USB -

sarjaliikennemuuntimen portti valittuna. Sarjaliikenneasetukset ovat oikean-

puoleisessa lohkossa. Direct -painikkeella saadaan yhteys RMD60-

mittauslähettimeen. 

Vasemmalla olevasta valikosta valitaan laite, jonka sarjaliikenneparametrit halutaan 

määritellä. Ohjelmisto löytää asennetut sarjaliikennelaitteet automaattisesti, kun ne ovat 

oikein kytkettyinä.  

Yllä olevassa tapauksessa on asetettu RS-485/USB-sarjaliikennemuuntimen sarjaliiken-

neparametrit. Protokollaksi on valittuna Nokeval yhtiön käyttämä oma SCL ja sarjalii-

kenneväylän nopeudeksi on määritelty 9600 baudia sekä pariteetiksi 8, none, 1. 

 



 36

Kanavakohtaisesti on valittavissa kunkin tulokanavan parametrit: tulokanavan tyyppi 

(Pt, 0 – 10 V, 4 – 20 mA) sekä muut tyyppikohtaiset arvot (kuva 13). 

 
Kuva 13. RMD680 -mittauslähettimen kanavakohtaisten asetusten määrittely.  

3.7. Langaton tiedonsiirto  

Kaikilta mittauslähettimeen liitetyiltä antureilta tiedot tallentuvat mittaustietokoneelle. 

Mittaustietokoneeseen yhdistetyn reitittimen ja 3G-yhteyden avulla tiedot ovat luetta-

vissa myös järjestelmän ulkopuoliselta tietokoneelta eli työasemalta. Työasemaan asen-



 37

netulla etäkäyttöohjelmalla otetaan yhteys vaunussa olevaan mittaustietokoneeseen. 

Mittaustietokoneeseen on asennettuna etäkäyttöohjelman palvelinosa (server), joka vä-

littää tiedot työasemaan siinä ajettavan asiakasosan (client) kautta.  

Yhteyden ylläpitoon tarvitaan lisäksi mittaustietokoneeseen liitetty reititin, jolla datalii-

kenne ohjataan palvelinkoneen siihen porttiin, joka etäkäyttöohjelman palvelinosan 

käyttöön on varattu. Reitittimen tietoliikenneyhteys voidaan toteuttaa 3G-liittymän 

avulla (SIM-kortti), johon puhelinyhtiö on liittänyt datapalvelut. Datapalveluun ei ole 

kiinteää IP-tunnistetta saatavissa. Tällaisessa tilanteessa on hyödynnettävä DNS-

nimipalvelua. Vaihtuvan IP-tunnisteen varalta reitittimeen on mahdollista määrittää 

DNS -palvelun tiedot. Näitä palveluita tarjoavat useat eri yhtiöt maksua vastaan. Valitun 

reitittimen valmistajalla on myös oma nimipalvelu, joka on maksuton. 

Reititin saa jokaisen käynnistymisensä yhteydessä puhelinyhtiön datapalvelusta vaihtu-

van IP-tunnisteen. Reititin ottaa tämän jälkeen yhteyttä DNS-nimipalveluun, joka vaih-

taa laitteen tunnistetiedon perusteella uuden IP-osoitteen tälle reitittimelle. Etäkäyttöoh-

jelman asiakasosaan tallennetun laitenimen perusteella se hakee nimipalvelusta sen het-

kisen IP-osoitteen, jonka perusteella se ottaa yhteyden reitittimeen. Yhteydenottopyyntö 

ohjautuu reitittimellä etäkäyttöohjelman käyttöön varattuun porttiin. Reitittimeen tal-

lennetaan tiedot siitä mihin IP-osoitteeseen ja porttiin sille tiettyyn porttiin tulevat yh-

teyspyynnöt ohjataan.  

Mittaustietokoneen ja siihen liitetyn reitittimen välillä on käytössä kiinteä sisäisen ver-

kon IP-tunniste molempiin suuntiin. Liikenne ohjautuu näiden IP-tunnisteiden mukaise-

na suoraan oikealle laitteelle eli reitittimeltä mittaustietokoneelle ja päinvastoin. Edelli-

sessä kappaleessa esitetyn porttien ohjausmäärittelyn mukaisesti reitittimen tiettyyn 

porttiin tuleva yhteyspyyntö on ohjattavissa suoraan mittaustietokoneen haluttuun port-

tiin. Näin yhteys etätyöaseman ja mittaustietokoneen välillä saadaan toimimaan lä-

pinäkyvästi. Etätyöasemana voi olla joko kiinteän verkkoon liitetty työasema tai kannet-

tava tietokone, johon on asennettuna langaton dataliittymä. Langaton yhteys on muo-

dostettavissa kannettavan työaseman ja mittaustietokoneen välille aina, kun ollaan sel-

laisella alueella, jossa on riittävän hyvä 3G-kuuluvuus ao. palveluntarjoajalla. 



 38

Mittauspaikalla olevassa vaunussa käytetään ulkoista antennia, joka yhdistetään reititti-

meen antennijohtimella (kuva 15). Lähtökohtaisesti antenni tulee olla kiinteästi asennet-

tuna vaunun katolle, jolloin saavutetaan paras mahdollinen kuuluvuus kaikissa suunnis-

sa. Samalla antenni on mahdollisen ilkivallan kannalta parhaiten suojassa. Jos kuulu-

vuus on heikko, on mahdollista käyttää tehokkaampaa irrallista antennia. Tehoantenni 

pyritään sijoittamaan sellaiseen kohtaan ympäristössä, jossa kuuluvuus on paras mah-

dollinen. Erillinen tehoantenni johtimineen on kuitenkin altis vahingoille ja mahdollisel-

le ilkivallalle, joten sitä on syytä käyttää vain poikkeustapauksissa. Jos kuuluvuuteen 

liittyviin ongelmiin ei löydetä ratkaisua, on mittausta valvottava paikanpäällä. 

  
Kuva 14. Sierra GX400 reititin. Kuva 15. SmartDisc 3G -antenni. 

Reititin kiinnitettään ruuveilla mittausvaunun sisälle seinälevyyn. GPRS -antenni kiinni-

tetään ruuveilla mittausvaunun katolle. Modeemin virtalähde kytketään pistorasiaan ja 

antennijohdin modeemiin taakse vasemmassa reunassa olevaan antenniliittimeen. Reiti-

tin yhdistetään mittaustietokoneeseen ethernet -kaapelilla, joka on varustettu RJ-45 liit-

timin.  

Reitittimeen (kuva 14) saadaan yhteys kirjoittamalla mittaustietokoneen selaimen osoi-

tekenttään http://192.168.13.31:9191. Selaimeen avautuu lomake, jossa pyydetään pää-

käyttäjän käyttäjätunnus ja salasana. Käyttäjätunnus ja salasana ovat alustavasti ”user” 

ja ”12345”. Käyttäjätietojen hyväksymisen jälkeen saadaan näkyviin asetusten selailu ja 

ylläpitoruutu. Ylävalikosta valitaan muutettavien asetustietojen kohde ja vasemmasta 

reunan pystyvalikosta selailukohde. 



 39

Yhteyden muodostamista varten tulee määritellä ainakin seuraavat perustiedot: 

Wan/Cellurar, LAN/WiFi ja Security. Muut tiedot jätetään oletusarvoiksi.  

 
Kuva 16. Reitittimen Wan/Cellular asetusten ikkuna. 

Wan/Cellular ikkunassa (kuva 16) määritellään langattoman yhteyden asetukset. APN 

tyypin tulee olla ”User Entry” ja User Entered APN arvoksi asetetaan ”Internet”. SIM 

PIN arvoksi asetetaan SIM-kortin nelinumeroinen PIN -koodi. 

Keep Alive – asetuksissa määritellään miten pitkään yhteyttä pidetään auki, ja miten 

usein lähetetään yhteyden säilymistä varten yhteyspyyntö. 



 40

 
Kuva 17. Reitittimeen yhdistetyn aliverkon IP-tunnusten määrittely. 

Kuvan (17) mukaisessa LAN/WiFi Ethernet ikkunassa määritellään reitittimeen liitettä-

vien laitteiden IP-osoiteavaruus ja aliverkon peite, sekä se onko osoitepalvelu reititti-

mellä käytössä vai ei. Kuvan mukaisilla asetuksilla reitittimeen liitettävä Ethernet-laite 

saa IP-tunnukseksen väliltä 192.168.13.100 – 192.168.13.150. Vastaavasti USB-

sarjaliikennelaite saa osoitteen väliltä 192.168.14.100 – 192.168.14.100. Sarjaliikenne-

laitteita reitittimeen ei ole tarvetta liittää, joten palvelun voisi poistaa käytöstä. Device 

IP 192.168.13.31 on reitittimen oma IP-osoite.  



 41

 
Kuva 18. Reitittimen tietoliikenneporttien uudelleenohjaukset. 

Reitittimen portin uudelleenohjausta tarvitaan ulkopuolisesta tietoliikenneverkosta tule-

van palvelukutsun ohjaamiseen määrätyn koneen tiettyyn porttiin. Kuvan (18) mukai-

sessa tilanteessa reitittimen porttiin 4899 tuleva kutsu (tässä tapauksessa Radmin Server 

etähallintaohjelman palvelupyyntö) ohjataan reitittimeen liitetyn tietokoneen, jonka IP-

tunnus on 192.168.13.127, porttiin 4899. 

Tietokoneeseen asennettu etähallintaohjelma kuuntelee tätä porttia ja vastaa palvelu-

pyyntöön saman portin kautta. Palvelupyyntökutsun lähettänyt ulkopuolinen tietokone 

saa näin vastauksen reitittimen 4899 portin kautta itselleen. Palvelu on ulospäin lä-

pinäkyvä. Tietoturvasyistä johtuen, näiden asetusten suhteen on oltava hyvin varovai-

nen. Kyseinen etähallintaohjelma, joka kuuntelee mainittua porttia, edellyttää käyttäjän 

tunnistautumista. Tällaisessa tapauksessa tietoturvariski on hyvin pieni. Sitä vastoin 

yleisempien tietoliikenneporttien avaaminen ulospäin läpinäkyväksi olisi selkeä tieto-

turvariski. 

 



 42

3.8. Sähköjärjestelmän suunnittelu 

Sähköjärjestelmän toteuttamisessa tulee huomioida sähkön syöttö, ohjaus, varolaitteet, 

johdotus, toimilaitteet ja mittaus sekä toimintaympäristö. Sähkön syötön osalta liikutel-

tava ja suhteellisen suuren sähkön tarpeen omaavan mittauslaitteiston toteuttamisessa on 

omat haasteensa. Kuinka paljon sähköä tarvitaan, mistä sitä saadaan, kuinka tasalaatuis-

ta sen tulisi olla ja mikä on toimitusvarmuus.  

Mittauksen kannalta on oleellista sähkön tasalaatuisuus ja sähkön syötön katkeamatto-

muus. Lämpökaivon mittausprosessi kestää useita vuorokausia keskeytymättömästi, jot-

ta lämpökaivon fysikaalinen luonne saadaan mittaustulosten perusteella analysoitua luo-

tettavasti. Lyhyet satunnaiset sähkökatkokset eivät saa keskeyttää mittausta tai vaikuttaa 

mittauksen aikaisiin asetuksiin. 

Sähkön syöttö on mahdollista toteuttaa ns. työmaasähkönä, jolloin tarvittava sähköener-

gia saadaan työmaakeskuksesta, joka on kytketty yleiseen sähköverkkoon. Vaihtoehtoi-

sesti sähkön tuotantoon tulee käyttää polttomoottorikäyttöistä aggregaattia. Aggregaatil-

la tuotettu sähkö ei ole kuitenkaan niin tasalaatuista kuin yleisestä sähköverkosta saata-

va sähkö. Polttoaineen riittävyys ja mahdolliset tankkaukset vaativat toistuvia käyntejä 

mittauspaikalla. Lähtökohtaisesti on järkevää kytkeytyä yleiseen sähköverkkoon. Ag-

gregaattia käytetään vaihtoehtoisena tai varmistavana sähköenergian lähteenä.  

Vaunun liittämisessä sähkölähteeseen tulee huomioida eri vaihtoehdot. Koska kiinteä 

kytkentä ei tule kyseeseen, on sähkön syöttöä varten asennettava erillinen pistoke, joka 

liitetään sähkölähteen vastaavaan pistorasiaan. Kaapelin ja pistokkeen mitoituksessa on 

otettava huomioon mittauksen aikaisen sähkövirran maksimiarvo. Mitoituksellisesti ko-

konaiskuormitus on suurimmillaan silloin, kun kaikki sähkövastukset ja kierto-

vesipumppu ovat samanaikaisesti täydellä teholla. Muiden komponenttien osalta säh-

könkulutus on vakio. Laskennallinen kuormitus saadaan edellisten summana. Mitoituk-

sessa on huomioitava kunkin vaiheen (L1, L2, L3) kuormitus erikseen. 

 



 43

Sähkökeskus, jonka yhteyteen sähkön syöttö, jakelu ja mittaustekniikan komponentit 

asennetaan, on oltava kuivassa ja pölyttömässä tilassa sekä muutenkin hyvin suojattuna. 

Toteutuksessa sähkökeskus (kuva 19) asennettiin vaunun etuosaan, joka on väliseinällä 

erotettuna varsinaiset toimilaitteet sisältävästä osasta.  

 
Kuva 19. Sähkökeskus asennettuna vaunun etuosaan, yläosassa on pääkytkin ja va-

rokkeet. Seuraavassa tasossa ovat kontaktorit, energiamittari ja vikavir-

tasuoja. Näiden alapuolella ovat mittauslähetin, mittamuuntimet ja tasavirta-

lähde. Alareunassa ovat riviliittimet kytkentöjä varten.  



 44

Kun sähköjärjestelmä suunnitellaan toteutettavaksi kuljetettavaan mittausjärjestelmään, 

kohdistuu kaapeleihin ja johtimien liitoskohtiin rasituksia, jotka voivat johtaa kytkennän 

heikkenemiseen ja liitoksiin muodostuviin ylimenovastuksiin. Ylimenovastukset aiheut-

tavat liitoksen kuumenemista ja häiriötilanteita sekä muodostavat kuumentuessaan tuli-

palovaaran. Riskien minimoimiseksi ajoneuvoissa ja liikuteltavissa laitteistoissa on käy-

tettävä monisäikeisiä johtimia, jotka joustavina kestävät hyvin lyhytaikaisia (massahi-

taudesta johtuvia) dynaamisia kuormituksia. 

Lämmönsiirtonesteen kuumentamiseen joudutaan käyttämään suhteellisen paljon säh-

köenergiaa, jonka seurauksena vaihekohtainen perusvirta muodostuu melko suureksi. 

Kuumennusteho on maksimissaan 18 kW ja kiertovesipumpun ottama teho on korkein-

taan 2,2 kW. Muita mittauksen aikaisia sähköenergian kulutuskohteita ovat pakkasvahti 

ja varsinainen mittauslaitteisto. Saman tehoiseen 1-vaiheiseen verrattuna 3-vaiheisen 

kiertovesipumpun vaihekohtaisten johtimien ja sulakkeiden kuormitus jää vähäiseksi. 

Täyttövaihteen aikana ilmaa on järjestelmässä runsaasti. Täyttöpumpun on oltava riittä-

vän tehokas, jotta se pystyy poistamaan putkistoon jääneen ilman tehokkaasti. Ilma kul-

keutuu voimakkaan nestevirtauksen mukana kuumavesivaraajaan, jossa se nousee pin-

taan poistuen ilmausventtiilin kautta ulos. Tehokas täyttöpumppu tuottaa toisaalta on-

gelmia siinä vaiheessa kun järjestelmä on juuri täyttymässä. Paine pyrkii nousemaan 

täytön loppuvaiheessa nopeasti, jolloin on olemassa vaara liiallisen ylipaineen muodos-

tumisesta. Liiallinen ylipaine voi rikkoa laitteistoa, putkistoa, tai aiheuttaa tapaturma-

vaaran laitteistoa käyttävälle henkilöstölle. Täyttöpumppuun on liitettävä painekatkai-

sin, joka automaattisesti kytkee pumpun pois päältä kun riittävä paine on saavutettu. 

Painelaitelain mukaiset säädökset on huomioitava järjestelmän toteutuksessa (KTM). 

Käyttöpaine voi ulkoisen järjestelmän rajoittamana olla korkeintaan 400 kPa. Muovi-

putkien, joissa lämmönsiirtoneste kiertää, maksimi mitoituspaine on 600 kPa. Lämmön-

siirtoneste ei saa kuumentua yli 40 °C lämpötilaan, koska muoviputkien kestävyys 

heikkenee oleellisesti lämpötilan noustessa. Paineen ja lämpötilan rajoittimet tulee sää-

tää nuo rajat huomioiden.  



 45

Painelaitelain mukaan laitteistot, joissa oleva vesi kuumenee yli 110 °C lämpötilaan tai 

vaihtoehtoisesti nesteen höyrynpaineen 150 kPa ylittävään lämpötilaan, tulee tarkistut-

taa ja hyväksyttää painelain edellyttämällä tavalla. Käyttölämpötilat ovat alhaisia, joten 

tämän lain mukaisia vaatimuksia ole täytettävänä. Laitteiston toteutuksessa riittää hyvän 

konepajakäytännön noudattaminen. Tällöin sitä ei tarvitse ilmoittaa painelaiterekisteriin 

tai hyväksyttää tarkastuslaitoksen toimesta. Hyvän konepajakäytännön painelaitteissa 

tai laitekokonaisuuksissa ei saa olla CE-merkintää, eikä niistä laadita EY-

vaatimustenmukaisuusvakuutusta. Hyvän konepajakäytännön painelaitteissa on oltava 

merkinnät, joista voi tunnistaa valmistajan tai valmistajan edustajan. Lisäksi niiden mu-

kana on oltava riittävät käyttöohjeet. (KTM, 6. pykälä). 

Mittauslähettimet ja anturit toimivat pienjännitteisinä, joten niitä varten on sähköjärjes-

telmään lisättävä matalajännitteinen virtalähde. On olemassa myös vaihejännitteellä 

toimivia mittausjärjestelmiä. Näiden käyttö olisi kuitenkin sähköturvallisuuden kannalta 

kyseenalaista. Pienjännitteinen tasavirtalähde on käyttöturvallisuuden kannalta optimaa-

linen tähän tarkoitukseen. Anturipiirit, mittamuuntimet ja mittauslähetin tarvitsevat ta-

savirtalähteen, jonka jännite ja teho on sovitettava niiden mukaiseksi. Virtalähteen jän-

nite on tässä tapauksessa oltava 24 V. Laitteiden virran kulutus määrää näin ollen virta-

lähteen tehon. Mittauspiirien virrankulutus on kuitenkin hyvin vähäinen, joten pienite-

hoinen tasavirtalähde riittää hyvin tähän käyttötarkoitukseen. 

3.9. Laitteiston tilantarpeeseen ja sijoitteluun liittyvät näkökohdat 

Tieliikenteessä kuljetettavan vaunun laitteiston sijoitteluun tulee kiinnittää erityistä 

huomiota. Laitteiston painopiste on pyrittävä saamaan mahdollisimman keskelle ja 

mahdollisimman alas, jotta kaarreajossa tai mahdollisten sivusuuntaisten luisujen äkki-

pysäyksissä laitteiston massasta aiheutuisi mahdollisimman vähäinen vaunua kaatamaan 

pyrkivä momentti. Myös voimakkaiden jarrutusten tai törmäyksen seurauksena raken-

teisiin kohdistuu massahitaudesta aiheutuvia suuria kuormituksia, jotka on syytä ottaa 

laitteiden kiinnityksessä ja sijoittelussa erityisesti huomioon. Kiinnityspisteiden on voi-

makkaankin hidastumisen aikana kyettävä pitämään laitteet paikoillaan lattiaan nähden. 



 46

Painavimmat osat tulee sijoittaa mahdollisimman lähelle vaunun keskiosaa. Muut osat 

laitteistosta voidaan sijoittaa tilankäytön ja laitteiston käytettävyyden kannalta optimaa-

lisella tavalla (kuva 20). Järjestelmän huollettavuuteen on myös syytä ottaa huomioon, 

koska laitteisto on tyhjennettävä mittausjakson jälkeen sekä puhdistettava mahdollisista 

sedimenttijäämistä. Laitteistossa käytettävä lämmönsiirtoneste tulee poistaa järjestel-

mästä. Vaunuun sijoitettavissa säiliöissä ei ole laipioita, jotka estäisivät nesteen dynaa-

miset liikkeet ja niistä aiheutuvat rakenteisiin kohdistuvat kuormitukset ja voimavaiku-

tukset. 

 
Kuva 20. Laitteiden sijoittelu TRT-vaunussa. Tavoitteena on ollut tasapainoinen ja 

käytettävyydeltään optimaalinen kokonaisratkaisu. 

 



 47

3.10. Mittausjärjestelmän mekaanisten osien suunnittelu 

Mekaanisten osien suunnittelussa on otettava huomioon laitteiston aiheuttamat staattiset 

ja dynaamiset kuormitukset. Staattiset kuormitukset aiheutuvat lähes pelkästään paino-

voiman vaikutuksesta. Liiketilan muutokset voivat liittyä järjestelmään liittyviin ulkoi-

siin tai sisäisiin voimiin tai momentteihin. Voimien tuottamat kiihtyvyydet aiheuttavat 

massahitauden seurauksena dynaamisia kuormia. Rakennetta ja komponentteja kuormit-

tavana kokonaisvaikutuksena on huomioitava staattisten ja dynaamisten kuormitusten 

summa. Laitteiston komponentit ja kiinnitystavat on valittava sellaisiksi, että ne kaikissa 

perustilanteissa kestävät nuo kokonaiskuormitukset.  

Lämpöeristettyjen seinien ja lattian rakenteet ovat sellaiset, että raskaiden komponent-

tien kiinnittäminen vaunun rakenteisiin on haasteellista. Vaunun seinät, paksuudeltaan 

40 mm, ovat rakenteeltaan kahden ohuen alumiinilevyn väliin liimattua eristelevyä. Täl-

laisten seinämien lujuus on heikko, joten komponenttien kiinnittäminen niihin ei ole 

mahdollista. Vaunun lattian alusta on toteutettu tukevin kiinnitysrimoin, joiden väliin 

eristelevyt on asennettu. Näiden päälle on ruuvikiinnityksellä pultattu 20 mm vesi-

vaneri, joka on riittävän luja laitteiston kiinnittämistä varten. Näin kiinnityspisteisiin 

kohdistuva kuormitus saadaan jaettua riittävän suurelle alueelle. Tämä on toteutettavissa 

lattiaan pultattavalla asennuskehikolla tai metallilevyillä, joihin laitteiston osat kiinnite-

tään. 

Alustava ajatus oli kiinnittää laitteiston komponentit kehikkoon, joka kokonaisuudes-

saan voitaisiin asentaa nosturin avulla vaunun sisään ja pultata kiinni lattiaan. Tilankäy-

tön ja vaunun sisällä liikkumisen helppouden kannalta lattiaan kiinnitettävät metallile-

vyt ovat kuitenkin parempi ratkaisu. Metallilevyihin on tehtävä laitteiden asennusta ja 

levyjen kiinnitystä varten tarvittavat poraukset. Materiaaliksi sopii parhaiten haponkes-

tävä teräslevy, koska se sietää parhaiten lämmönsiirtonesteen aiheuttamaa korroosiovai-

kutusta.  

Laitteiston asennus levyineen voidaan toteuttaa layout-kuvan (liite 1) mukaisesti. 

Layoutissa on huomioitu tilankäyttö, huollettavuus sekä kuormitusten kokonaisvaikutus. 

Kaarreajossa vaunu pyrkii renkaisiin kohdistuvan sivuttaisvoiman seurauksena kierty-



 48

mään painopisteensä ympäri, joten painopisteen saaminen mahdollisimman alas mini-

moi kaatumisriskin.  

Laitteet pultataan levyihin siten että pultin kanta tukeutuu levyn alapintaan. Pultin kan-

taa varten on tehtävä lattialevyyn upotus, jotta metallilevy saadaan sovitettua tiiviisti 

lattiaa vasten. Levyt on kiinnitettävä lattiaan joko haponkestävillä tai kuumasinkityillä 

puuruuveilla. Puuruuvit pyritään ruuvaamaan alapohjan rimoitukseen kohtaan mahdolli-

simman lujan tartunnan aikaansaamiseksi. Ruuvien määrä on oltava riittävä, jotta yh-

teen pulttiin ja lattialevyyn kohdistuva paikallinen kuormitus ei muodostu liian suureksi. 

Ajoneuvoasetus määrittelee kuormakorin kiinnityksen lujuuden ajoneuvon alustaan. 

Kiinnityksen tulee tuottaa voima, joka kykenee pidättelemään laitteita seuraavilla kiih-

tyvyyksillä: 14 m/s2 ajosuunnassa, 7 m/s2 sivusuunnassa ja 10 m/s2 pystysuunnassa. 

Laitteiston kiinnitysten suunnittelussa noudatetaan soveltuvin osin tätä asetusta. Laitteet 

kiinnitetään pultein haponkestäviin teräslevyihin, jotka puuruuvein ja liimaamalla kiin-

nitetään lattialevyyn. Teräslevyihin laitteet on kiinnitettävä haponkestävin teräspultein, 

jotta korroosio ei niitä heikennä. Metallilevyt kiinnitetään lattialevyyn korroosion vuok-

si kuumasinkityillä puuruuveilla. Myös tartunta ruuvin ja puun välille saadaan tällä ta-

voin mahdollisimman hyväksi. 

3.11. Kiinnitysten laskenta ja mitoitus 

Laitteiston kiinnitykset mitoitetaan edellä esitetyn mukaisesti ajoneuvoasetuksessa mää-

ritellyllä tavalla. Laskettaessa kiinnitys painavimman ja korkeimman komponentin mu-

kaan, saadaan oleellinen tieto kiinnityspisteiltä vaadittavasta kuormankantokyvystä. 



 49

Laskennalliset kuormitukset ajosuunnassa: 

Varaajan massa 100 kg, korkeus 160 cm, painopisteen korkeus h=100 cm. 

Painopisteen kautta vaikuttavan voiman suuruus  

kN40,1N1400m/s14kg100 2axmvFx  (14) 

 

Laskennalliset kuormitukset muissa suunnissa: 

Sivusuunnassa 

kN70,0N700s/m0,7kg100 2aymvFy  (15) 

  

Pystysuunnassa 

kN0,1N1000m/s10kg100 2azmvFz  (16) 

 

Leikkaavat voimat tasossa: 

Yhdistetty leikkausvoima, Fxy:  

kN57,1N1562kN7,04,1 22FxFyFxy  (17) 

 

Voiman momentti, Mxy 

Nm156m1,0N1562hFxyMxy  (18) 

 



 50

Ruuvin poikkipinta-ala M8 / 8.8 -ruuvilla on 36,6 mm2, myötöraja 640 N/mm2. Leikka-

usjännitys yhtä ruuviliitoksessa on yhdistetty leikkausvoima jaettuna ruuviliitoksen yh-

teenlasketulla poikkipinta-alalla. Mekaanisessa rasituksessa pitäisi käyttää laskentata-

paa, jossa kuormitus lasketaan kitkakertoimen perusteella. Tässä tapauksessa kyseessä 

on kuitenkin laskennallinen kuormitus satunnaisessa törmäystilanteessa. Laskennallises-

ti riittää, ettei myötöraja ylity varmuuskertoimella 2. 

Sallittu leikkausjännitys varmuuskertoimella 2 on 320 N/mm2. Tästä seuraa, että 1570 N 

leikkausvoimaa varten tarvitaan noin 5 mm2 ruuvin poikkipinta-ala. Yhdenkin ruuvin 

poikkipinta riittäisi siten antamaan tarvittavan tuen leikkausvoimia vastaan. Kiinnityk-

seen tarvitaan kuitenkin useita ruuveja kiertoliikkeen estämiseksi. 

Pystysuuntaisista kiihtyvyyksistä ja vaakasuuntaisten voimien momenteista kohdistuu 

ruuveihin vetorasitus, joka pulttien tulee kestää. Ruuviliitoksessa momentin ottaa vas-

taan ensisijaisesti uloimmat ruuvilinjat. 

Varaajan kiinnityslevyn ruuvikehän halkaisija on 650 mm ja uloimpien ruuvien välinen 

minimietäisyys on 600 mm (kaikissa suunnissa). Tällöin yhdistetyn momentin (156 

Nm) kumoamiseen tarvittava voimapari on suuruudeltaan 2600 N (voimat suuntautuvat 

toisessa reunassa alaspäin ja toisessa ylöspäin). Tämän lisäksi on huomioitava pys-

tysuuntaisen kiihtyvyyden aiheuttama 1000 N kuormitus. Pystysuuntainen kokonais-

voima on siis 3600 N. Sallitun veto-/puristusjännityksen mukaan laskettuna riittää ai-

heutuvan kuormituksen kantamiseen 11,3 mm2 poikkipinta-ala. Tämäkin on selvästi vä-

hemmän kuin yhden ruuvin poikkipinta-ala, joten ruuviliitokset ovat joka tapauksessa 

riittäviä pitämään laitteisto paikallaan ajoneuvoasetuksen edellyttämällä tavalla. 

Esikiristys lisää jossain määrin ruuvien kuormitusta, mutta ei vaikuta oleellisesti kuor-

mankantokykyyn. Kiinnitysruuveja tulee muista teknisistä syistä johtuen olemaan joka 

tapauksessa riittävä määrä kyseisen kuormitustapauksen kannalta. Toteutuksessa kuu-

mavesivaraajan ja kiertovesipumpun yhdistelmä on kiinnitetty kuudella ruuvilla, kuten 

myös paisunta-astia ja täyttöpumppu. 



 51

3.12. Mittausvaunun katsastaminen 

Mittausvaunu on valmistajan toimesta rekisteröity tavarankuljetusvaunuksi, joten sitä ei 

tarvitse välttämättä rekisteröidä erikseen muuhun tarkoitukseen. Vaunun rakenteeseen ei 

kuitenkaan saa tehdä muutoksia, eivätkä vaunun sallitut kuormitukset saa ylittyä. Poik-

keaminen noista lähtökohdista edellyttäisi uudelleenrekisteröintiä erikoistarkoitukseen. 

Koska kyseessä on jarruin varustettu perävaunu, sille tulee suorittaa tieliikennelain mu-

kainen katsastus kahden vuoden välein. Katsastus suoritetaan katsastuskonttorilla.  

Vaunua kuljetettaessa ja katsastettaessa se tulee olla varustettuna asianmukaisin renkain. 

Talvella tulee ehdottomasti käyttää nastoitettuja talvirenkaita. Jarruin varustettua perä-

vaunua koskevat samat tieliikennemääräykset kuin moottoriajoneuvojakin. Vetoautossa 

ja perävaunussa tulee aina olla toisiaan vastaava rengastus. Mikäli vaunun renkaiden ja 

tienpinnan välinen kitka on pienempi kuin vetoautossa, kohdistuu autoon työntävä voi-

ma autoa jarrutettaessa. Työntö kohdistuu vetokoukkuun, jolloin autoon kohdistuvan 

työnnön seurauksena voi syntyä auton perää sivullepäin kierrättävä momentti. Liukkaal-

la kelillä vetoauton hallittavuuden menetys on todennäköinen. 

3.13. Laitteiston testaus ja koekäyttö 

Testauksen tekemistä varten on laadittava testaussuunnitelma, jossa käydään järjestel-

mällisesti läpi kaikki kohdat, jotka laitteiston täysimääräisessä testauksessa tulee huo-

mioida. Ensisijaisesti on huolehdittava siitä, että testaussuunnitelmassa ja varsinaisen 

testauksen yhteydessä kaikki turvallisuusnormit tulevat täysimääräisesti huomioiduiksi. 

Tämän jälkeen tärkeimmäksi kriteeriksi muodostuva laitteiston tuottaman mittausinfor-

maation hyödynnettävyyteen liittyvät asiat eli on testattava sitä miten laitteiston päätar-

koitus tulee täytettyä. Laitteiston käytettävyys ja huollettavuus ovat myös tärkeällä sijal-

la testaussuunnitelmassa. Muut tekijät voidaan jättää vähemmälle huomiolle. 

Testaussuunnitelma on mahdollista laatia ajatuskarttapohjalta, jossa edetään keskellä 

olevasta osakokonaisuudesta reunoille päin jakamalla kokonaisuus osiinsa. Kokonais-

testaukseen sisältyvä osakokonaisuudet ovat luokiteltavissa laitteiston kuljetukseen, 



 52

käyttöönottoon, mittaustehtävään ja tiedonsiirtoon. Nämä pääkohdat ovat jaettavissa 

edelleen pienempiin kokonaisuuksiin ja edelleen yksittäisiin toimintoihin. Suunnitelman 

pohjalta laaditaan kutakin osakokonaisuutta vastaavat hierarkkiset taulukot, jotka ovat 

käytettävissä myös testauspäiväkirjan rakenteen pohjana.  

Laitteiston testaaminen on syytä toteuttaa mahdollisuuksien mukaan kronologisessa jär-

jestyksessä, eli edeten testitapaus kerrallaan vaihe vaiheelta. Testauksen toteutuksessa 

demonstroidaan varsinaista mittaustehtävää, jotta kaikki mittaukseen liittyvät toimenpi-

teet tulevat varmasti huomioitua. Kukin vaihe käydään läpi erikseen ja kirjataan havain-

not testauspäiväkirjaan. Poikkeamista on syytä tehdä erillinen asiakirja, jonka pohjalta 

tarvittavat muutokset järjestelmään ovat toteutettavissa.  

Testaussuunnitelman ja testauksen toteutuksen yhteydessä voidaan luoda samalla myös 

alustavat käyttöohjeet mittaustehtävien toteuttamista varten. Lopullinen käyttöohje on 

laadittava erikseen normaalin mittaustoiminnan tarpeisiin. Mittauslaitteistoa tullaan jat-

kossa käyttämään myös oppilastyönä, joten seikkaperäiset ohjeet laitteiston turvallisesta 

ja oikeaoppisesta käytöstä on oltava aina saatavilla.  Paperille tulostetut ohjeet liitetään 

mittausvaunuun ja lisäksi ne tallennetaan yliopiston palvelimille ladattavaksi elektroni-

sessa muodossa. Näin lämpökaivomittauksiin ja laitteiston käyttöön on mahdollista pe-

rehtyä ennakkoon. 

Järjestelmän koekäyttö aloitetaan paikoittamalla vaunu vaakatasoon tukijalkojen varaan. 

Laitteistoon kytketään jännite 3-vaiheisena vähintään 32 A voimavirtapistokkeella, joka 

on suojattu 25 A sulakkeella. Mikäli tarvitaan yli 11 kW lämmitystehoa, on käytettävä 

vastaavaa 63 A pistoketta. Jos koekäyttö toteutetaan ilman lämpökaivoon kytkeytymis-

tä, liitetään järjestelmään PE-40 polyeteeniputkea tarkoituksenmukainen määrä. Vaunun 

ja lämpökaivon välille tarkoitetut eristetyt letkut liitetään puristusliitoksella poly-

eteeniputkiin ja vaunun takaosassa oleviin letkulähtöihin nokkavipuliittimillä. 

Seuraavaksi järjestelmä täytetään lämmönsiirtonesteellä siten, että saavutetaan riittävä 

käyttöpaine. Täytön jälkeinen lähtöpaine pitää olla riittävän suuri, vähintään 100 kPa. 

Liian alhainen lähtöpaine voi nesteen jäähtyessä ja nesteen tiheyden muuttuessa johtaa 

käyttöpaineen liialliseen alenemiseen. Paisuntasäiliön tehtävänä on huolehtia siitä, että 



 53

järjestelmä pysyy paineellisena lämpötilan vaihtelusta huolimatta. Paineen ylärajana 

voidaan pitää 200 kPa. Mitä korkeampi paine on, sitä enemmän se rasittaa putkia ja lii-

toksia, joten korkeampia käyttöpaineita on syytä välttää. Paineen arvolla ei muutoin ole 

mittauksen tai koekäytön kannalta oleellista merkitystä. Pääasia on, että järjestelmä py-

syy paineistettuna koko ajan. 

Mittausjärjestelmä on varustettu varolaittein, joiden tehtävänä on ehkäistä liian suuren 

paineen muodostuminen järjestelmään. Käyttöhenkilöstön tehtävänä on huolehtia siitä, 

että järjestelmän paine asettuu täyttövaiheessa sopivalle tasolle. Tätä varten varaajaan 

on asennettu painemittari, josta paineen muodostusta voi seurata. Järjestelmän vetoisuus 

on 180 – 240 litran välillä. Viimeistään 150 litran täytön jälkeen on painemittarin luke-

maa seurattava tiiviisti. Mikäli paine jostain syystä pyrkii nousemaan liian korkeaksi, 

tulee täyttöpumpun painekatkaisijan reagoida tilanteeseen katkaisten virransyötön täyt-

töpumpulle. Painekatkaisijan lisäksi järjestelmään on asennettu varoventtiili, joka avau-

tuu paineen ylittäessä säädetyn avautumispaineen. 

Täyttövaihe aloitetaan pumppaamalla lämmönsiirtonestettä täyttöastiasta järjestelmään. 

Täyttöastia on oltava sen verran tilava, ettei se järjestelmää täytettäessä ehdi tehokkaan 

täyttöpumpun toimesta tyhjentyä kokonaan. Lämmönsiirtonestettä on saatavissa valmii-

na 30 % tai väkevimpinä 60 % ja 90 % seoksina. Ennen täyttöpumpun käynnistämistä 

on varmistettava, että valmiiksi sekoitettua lämmönsiirtonestettä on täyttöastiassa riittä-

västi ja pumpun imuletkun pää on täyttöastian pohjalla. Lisäksi on varmistettava, että 

tyhjennysputken venttiili on suljettuna ja kaikki letkuliitokset asianmukaisesti liitettyi-

nä. Varaajan päällä oleva 3-tieventtiili tulee olla käännettynä avoinna -asentoon, jolloin 

ilma pääsee nopeasti poistumaan järjestelmästä. Ilmausletkun vapaa pää tulee myös olla 

täyttöastiassa.  

Täyttöastiaan kaadetaan lämmönsiirtonestettä lisää nestepinnan alenemisen myötä, kun-

nes mittausjärjestelmän täyttyessä paine on riittävän korkeaksi. Täyttöpumpun virran-

syöttö kytketään tässä vaiheessa pois ja täyttöputken palloventtiili suljetaan. Varaajan 

päällä oleva 3-tieventtiili suljetaan. Tämän jälkeen loput järjestelmään jääneestä ilmasta 

poistuu ilmauskellon kautta, lämmönsiirtonesteen virtauksen myötä. 



 54

Kun järjestelmä on saatu alustavasti paineistettua, on varmistettava, että kaikki mahdol-

linen ilma saadaan poistettua. Lämmönsiirtonestettä kierrätettäessä nesteen mukana 

kulkee järjestelmään jäänyttä ilmaa. Varaajaan saavuttuaan ilma siirtyy ylöspäin säiliös-

sä kertyen sen yläosaan. Ilma poistuu säiliöstä melko hitaasti ilmakellon kautta. Ilman 

poistuminen järjestelmästä saattaa kestää pitkäänkin, riippuen siitä miten hankaliin 

paikkoihin ilma on putkistossa jäänyt.  

Lämmönsiirtonesteen kierrättämiseen käytettävän kiertovesipumpun pyörimisnopeus 

asetetaan taajuusmuuttajan avulla. Pumpun nimellispyörimisnopeus on 2900 r/min. 

Tuolla nopeudella pumppaus on kuitenkin niin tehokasta, että pyörimisnopeudeksi on 

syytä asettaa selvästi pienempi esim. 1000 r/min. Kierroslukua nostetaan tarpeen mu-

kaan. Tilavuusvirtaa tarkkaillaan pumppauksen aikana vesimittarista tai tietokoneelta, 

josta mittaustiedot pitäisi olla luettavissa. Lämmönsiirtonestettä kierrätettäessä tulee 

varmistaa, että kaikki kiertopiiriin sisältyvät venttiilit ovat täysin avattuina. Venttiilit on 

oltava avattuina ennen kiertovesipumpun käynnistämistä, jotta paineiskut eivät vaurioita 

mittauslaitteistoa tai lämmönsiirtoputkistoa lämpökaivossa. 

Varaajaan asennettuja sähkövastuksia kytketään päälle 1 kW vastaava tehonlisäys ker-

rallaan. Vastusten sähkötehoa mitataan järjestelmään asennetulla energiamittarilla. 

Kunkin vastuksen tehonlisäys tulisi näkyä portaana energiankulutuksen mittauksessa. 

Näin voidaan samalla tarkistaa, että kaikki vastukset ovat ehjiä. Lämpökaivoon upote-

tun polyeteeniputken kestävyys heikkenee merkittävästi lämpötilan noustessa. Kuu-

mennuksen aikana on huolehdittava siitä, että nesteen lämpötila ei nouse korkeammaksi 

kuin 40 °C. Lämmönsiirtonesteen kierrätyksen aikana tarkistetaan myös, onko järjes-

telmässä korjattavia vuotoja. Jos vuotoja löytyy, ne on korjattava testauksen päätyttyä. 

Kierrätyksen aikana tarkistetaan, että kaikki järjestelmään kytketyt anturit antavat luo-

tettavia tuloksi. Ennen testauksen aloittamista lämpötila-anturit on syytä kalibroida 

tarkkuuslämpömittarista saatavia arvoja vastaaviksi. Kalibrointi tapahtuu asettamalla 

lämpötila-anturit ja tarkkuuslämpömittari tasaisessa lämpötilassa pysyvään nesteeseen. 

Jääveden lämpötila on hyvin tarkkaan 0 °C, joten se on yksi hyvä referenssi. Toinen 

vastaava mittaus toteutetaan samalla tavalla korkeammassa lämpötilassa. Mittauslähet-

timen tulokanavan asetusta muuttamalla, säädetään lämpötila-anturin mittausarvo vas-



 55

taamaan tarkkuuslämpömittarista saatua lukemaa. Kalibroinnissa käytettävät referenssi-

lämpötilat kannattaa valita lämpökaivossa vallitsevia lämpötiloja vastaaviksi, koska täl-

löin todelliset mittaustulokset saadaan mahdollisimman tarkkoina.  



 56

4. TOTEUTUKSEN ANALYSOINTI 

4.1. Laitteiston yleisen käytettävyyden arviointi 

Suunniteltu laitteisto (kuva 21) soveltuu hyvin tavoitteiden mukaiseen käyttöön ja täyt-

tää ne suunnittelun lähtökohdat, jotka työtä aloitettaessa asetettiin. Järjestelmällä saavu-

tetaan riittävässä määrin siirrettävyyteen, monipuoliseen tutkimukseen, järjestelmän 

skaalautuvuuteen ja langattomaan tiedonsiirtoon liittyvät tavoitteet. 

Turvallisuuteen liittyvät näkökohdat on pyritty ottamaan kaikin tavoin huomioon, niin 

sähkön käytön, paineastioita koskevien määräysten kuin tieliikenteeseenkin liittyvien 

asioiden osalta.  

 
Kuva 21. Toteutettu TRT-vaunu. Kuvassa demonstroidaan porakaivon termisen vaste-

testin tekemistä, eristetyt lämmönsiirtoputket on liitetty kaivon putkistoon. 



 57

4.2. Mittaustulokset 

Mittaustulosten analysoimista varten mittausdata tallennetaan mittaustietokoneelle yh-

teen tiedostoon. Tiedostoon tallentaminen toteutetaan PromoLog-ohjelman (kuva 22) 

tallennusmoduulilla (Data Recorder), johon määritellään mittaustietoa välittävät mitta-

uslähettimet ja niistä halutut mittauskanavat. Käytössä olevasta RMD680 16-

kanavainen mittauslähettimestä valitaan kanavat 1 – 6 ja 8 – 9, joista saadaan sähkö-

energian kulutus, virtausmäärä, lämpötilat lämpötila-antureilta (3 – 6) ja paineet paine-

antureilta (8 – 9). 

 
Kuva 22. Promolog-ohjelma käynnissä, näytöllä kanava 5:n liitetyn lämpötila-anturin 

lukema. Data Recorder – moduuli tallentaa kanavakohtaiset tiedot asetusten 

mukaiseen ulkoiseen tiedostoon. 

4.3. Mittaustietojen siirto työasemaan käsiteltäväksi 

Mittausdata tallentuu automaattisesti PromoLog –ohjelman tallennusmoduulissa määri-

tettyyn tiedostoon. Tiedoston siirto työasemaan voidaan toteuttaa joko sähköpostin liit-



 58

teenä, kopioimalla tiedosto etäyhteyden avaamisen jälkeen työasemaan tai toteuttamalla 

automaattinen siirto hyödyntäen ajastettua FTP-tiedonsiirtopalvelua. Sähköpostiohjel-

miston asentaminen mittaustietokoneelle on tarpeetonta. Kevein ja turvallisin tapa on 

automatisoida siirto FTP-palvelimen avulla. 

4.4. Mittaustietojen tarkastelu 

Mittauslaitteistoa ei sen toteutuksen yhteydessä ole testattu kenttäolosuhteissa. Laitteis-

tosta on kuitenkin mitattu lämpötiloja, virtausnopeuksia, paine-arvoja ja sähkönkulutus-

ta koekäytön aikaisesti. Lämpötila-antureille on haettu nollakohta jäävesihauteessa ja 

kalibroitu tätä vastaava arvo mittauslähettimeen. 

 

Kuva 23. Koekäytön aikaiset mittaustiedot ovat tiedostoon tallentuneina. Mittausseu-

ranta ei tässä tapauksessa ole ollut koko ajan käytössä. 

Mittaustiedot tallentuvat automaattisesti ohjelmiston ohjaustiedoissa määriteltyyn tie-

dostoon.   Myös aikaväli, kuinka usein mittaustiedot tallentimelta luetaan, on asetetta-

vissa. Kuvan (23) mukaisessa tilanteessa luenta on tapahtunut ajastetusti minuutin vä-

lein, suuremmat aikaerot johtuvat testaajan aiheuttamista ohjelmakeskeytyksistä. 

Lukuarvojen tarkkuus ylittää selvästi todellisen mittaustarkkuuden. Mittaustuloksia ana-

lysoitaessa on niiden merkitsevä tarkkuus virherajoineen huomioitava erikseen. 



 59

Kanavalta 1 saadaan sähkövastusten teho (kuva 24), joka pysyy vakiona koko mittauk-

sen ajan. Sähköenergian kulutus lämmönsiirtonesteen kuumentamiseen lasketaan sähkö-

tehon ja käytetyn ajan perusteella, mittaustietojen tulojen summana. 

 
 
Kuva 24. Sähkötehon mittaus: klo 14:30 alkaen teho on ollut sähkövastuksen mukai-

nen 2,00 kW.  

Sähköteho saadaan mitattuna arvona pulssimuuntimen kautta, joka on kytketty 

energiamittariin. Pulssitiheys määräytyy vastusten sähkön kulutuksen mukaan. 

Mittamuunnin muuttaa pulssitiheyden jänniteviestiksi, jolloin energian kulutus ilmenee 

mittaustiedoissa sähkötehona (kuva 24). 

Sähköenergian kulutus tulee mittausdataa analysoitaessa laskea keskimääräisenä 

mittausten aikaerojen ja mitattujen sähkötehojen tulojen summana. Mittauksen aikaista 

sähköenergian määrää verrataan siihen energiamäärään, joka lämmönsiirtonesteen 

lämpövirtana laskennallisesti saadaan. Näiden arvojen tulisi, mahdolliset häviöt 

huomioiden, vastata toisiaan.  



 60

 
 
Kuva 25. Lämmönsiirtonesteen virtausmäärän mittaus: kiertovesipumppu on käynnis-

tetty klo 14:20, jonka jälkeen virtausmäärä on ollut vakio 0,9 l/s. 

Virtausmäärän mittaus (kuva 25) perustuu samanlaiseen mittamuuntimelta saatuun 

pulssitiheyden arvoon kuin sähköenergian mittauksessakin. Virtausmittarin pulssinope-

us vastaa kuitenkin suoraan virtausmäärää, koska se perustuu virtausnopeuden mittaa-

miseen tunnetun poikkipinnan läpi. Mittauksessa saadaan näin ollen suoraan virtauksen 

hetkellisarvo. 

Lämmönsiirtonesteen virtausmäärän, sekä lähtevän ja palaavan virtauksen lämpötilojen 

perusteella, saadaan laskettua lämmönsiirtopiirin luovuttaman lämpöenergian määrä. 

Tähän arvoon sisältyy myös lämmönsiirron aikana tapahtuneet lämpöhäviöt, joiden suu-

ruutta on mittausolosuhteiden ja mittaustietojen perusteella mahdollisuus arvioida erik-

seen. Virtauksen mittaustietojen mukaan laskettu energiamäärä tulisi vastata mitattua 

sähköenergian kulutusta, koska molempiin pitäisi sisältyä samat lämmönsiirtohäviöt. 



 61

 
 
Kuva 26. Lämmönsiirtonesteen lämpötila. Sähkövastukset on kytketty käyttöön klo 

14:30, jonka jälkeen lämpötila alkaa nousta.  

Lähtevän virtauksen lämpötila (kuva 26) saadaan kuumavesivaraajan putkiliittimeen tai 

lämpökaivon putkiliitäntään asennettavasta lämpötila-anturilta. Jos jälkimmäinen vaih-

toehto on käytettävissä, saadaan oikeampi arvo lämmönkiertonesteen lämpötilalle, kos-

ka vaunun ja kaivon välisten putkiosuuksien lämpöhäviöt jäävät tällöin kokonaan pois 

laskennasta. 

Lämmönsiirtonesteen lämpötila alkaa nousta kun vastukset ovat alkaneet kuumentaa 

lämmönsiirtonestettä. Muutos havaitaan mitatuissa arvoissa selvästi (kuva 26). Lähtö-

lämpötila on ollut ennen kuumennusta 3,5 °C kun mittaushetkellä lämpötila on 5,6 °C. 

Lämpötila-anturin, vastukset ja mittausjärjestelmä toimivat näiden mittausten mukaan 

normaalisti. 



 62

 
 
Kuva 27. Paluuvirtauksen lämpötila on lähes sama kuin lähtevän virtauksen lämpötila 

johtuen siitä, ettei lämmön kulutuskohdetta ole käytössä. 

Laitteiston testaustilanteessa mittausletkut, jotka normaalisti mittauksen aikana on kyt-

kettyinä lämpökaivoon lähtevään putkistoon, liitettiin toisiinsa putkilenkillä. Mittausjär-

jestelmän testauksen yhteydessä varmistettiin näin myös letkuliitosten ja putkiston pitä-

vyys paineenalaisena. 

Lähtö- ja paluuvirtauksen osalta havaittiin mittausjärjestelmän testauksen yhteydessä 

0,1 °C lämpötilaero (kuvat 26, 27). Todellisia lämpökaivoja mitattaessa lämpötilaero 

tulisi olla keskimäärin 3,0 °C, koska lämpöpumppujen mitoituksessakin käytetään ky-

seistä arvoa. 



 63

 
 
Kuva 28. Lähtevän virtauksen paineen havaitaan nousevan hieman, kun vastukset 

ovat alkaneet kuumentaa lämmönsiirtonestettä. 

Paineantureilta, jotka on liitetty lämmönsiirtopiirin meno- ja paluuputkeen, saadaan mit-

tauskohdassa vallitseva paine (kuva 28) ja lämmönsiirtoputkiston aiheuttama dynaami-

nen painehäviö näiden arvojen perusteella. 

Painearvoilla ei ole merkitystä geoenergialähteen ominaisuuksien mittaamisessa. Näitä 

arvoja tarvitaan lähinnä poikkeustilanteiden hallintaan ja järjestelmän valvontaan. Pai-

nearvojen pitäisi, paisuntasäiliössä olevan nestemäärän ja putkivastusten puitteissa, py-

syä tietyissä rajoissa. Jos poikkeavia painearvoja havaitaan, niin järjestelmässä on joko 

vuoto tai tukos, joka vaatii huoltotoimenpiteitä ja mahdollisesti mittauksen keskeyttä-

mistä.  



 64

5. JOHTOPÄÄTÖKSET 

5.1. Mittausjärjestelmän hyviä ja huonoja puolia 

Mittausjärjestelmä soveltuu hyvin paikkoihin, joissa on riittävästi tilaa mittausvaunun 

liittämiseen geoenergialähteeseen. Toteutuksessa pyrittiin monipuoliseen, laaja-alaiseen 

ja joustavaan mittausjärjestelmän toteutukseen ja tämä tavoite saavutettiin hyvin. Järjes-

telmän kytkeminen ja käyttöönotto sujuu tehokkaan täyttöpumpun avulla nopeasti. Säh-

kötehon säädettävyys ja laajuus ovat riittävät suurtakin tehontarvetta vaativiin mittaus-

kohteisiin. Virtausmäärän ja virtausnopeuden säädettävyyden vaatimus on huomioitu 

myös kiertovesipumpun mitoituksessa. 

Mittausantureilta saatavat tiedot tallentuvat automaattisesti vaunuun asennettuun tieto-

koneeseen. Mittaustiedot ovat, käyttöoikeuksien puitteissa, etäyhteyttä käyttäen siirret-

tävissä mihin tahansa työasemaan. 

Järjestelmän käytön turvallisuuteen on kiinnitetty erityistä huomiota. Kaikki turvalli-

suusnormit on pyritty ottamaan kaikin tavoin huomioon järjestelmän suunnittelussa ja 

toteutuksessa.  

Vaunu vaatii suhteellisen paljon tilaa ja vähintään keskikokoisen henkilöauton perävau-

nun hinaamiseen. Ahtaissa tai vaikeasti saavutettavissa paikoissa tämä vaikeuttaa järjes-

telmän hyödyntämistä. Liitettäessä mittausvaunu tällaiseen kohteeseen, joudutaan mah-

dollisesti käyttämään pitkiäkin putkilinjoja. Tällöin häviöt varsinaisen energialähteen ja 

mittausvaunun välillä vaikuttavat haitallisesti mittaustietojen luotettavuuteen. Tyypilli-

set mittauskohteet kuten porakaivokentät ovat kuitenkin yleensä avoimessa maastossa, 

joten ongelmatilanteita tulee harvoin vastaan. 



 65

5.2. Kehittämistarpeet 

Mittausjärjestelmän monipuolisuutta voidaan lisätä asentamalla vaunuun lisäksi lämpö-

pumppu ja puhallinlauhdutin, jolloin mittaustapa saadaan vastaamaan normaalia lämpö-

pumpun käyttöä. Tästä ominaisuudesta on hyötyä erityisesti silloin, kun on tarve arvioi-

da kallioperän lämmönvarastointikykyä tai selvitettäessä pohjavesivirtausten vaikutusta 

lämmönsiirtoon kallioperässä. Toisaalta samalla järjestelyllä saadaan luotettavammin 

arvioitua esimerkiksi vesistölämmönvaihtimen energiantuottokykyä, lämpöä luovutta-

van massan vaihtuessa virtauksen myötä jatkuvasti.  

Mittausanturien tarkkuutta voitaisiin jossain määrin parantaa. Nykyisellään anturit ovat 

kolmijohtimisia, johtuen siitä, että valittu mittauslähetin edellyttää kolmijohdinjärjes-

telmää. Kolmijohdinjärjestelmää käyttäen saadaan osittain kompensoitua mittausjohti-

mien vastuksista aiheutuvat virheet. Parempaan tarkkuuteen päästäisiin käyttämällä ne-

lijohdinkytkentää ja tällaista järjestelmää tukevaa mittauslähetintä. Nelijohdinkytken-

nällä olisi mahdollista kompensoida kaikki mittausjohtimien vastuksista aiheutuvat mit-

tausvirheet. Vaihtoehtoisesti voitaisiin käyttää langattomia antureita. Näissä mittausjoh-

timet ovat hyvin lyhyitä, tällöin mittausjohtimiin indusoituvien sähkömagneettisten häi-

riöiden vaikutuskin jää vähäiseksi.  

Tiedonsiirto mittaustietokoneesta työasemaan voitaisiin ohjelmallisesti automatisoida 

ajastetuksi toiminnoksi, mutta saavutettava hyöty olisi kuitenkin melko marginaalinen. 

Nykyisellään tiedonsiirto tapahtuu noutamalla mittausdata etäyhteydellä mittaustietoko-

neesta. Tämä prosessi voitaisiin automatisoida siten, että työasema ottaisi automaattises-

ti yhteyden mittaustietokoneeseen ja siirtäisi mittaustiedot aikaleimalla varustettuna 

työasemaan ennalta määriteltyyn tiedostokansioon. 

Kopillisen mittausvaunun ulkoseiniin voitaisiin lisätä markkinointityyppisiä maalauksia 

tai teippauksia. Näin olisi mahdollista kiinnittää asiasta kiinnostuneiden huomio kysei-

seen mittauslaitteistoon ja tutkimusyksikköämme kohtaan. Markkinoinnin myötä syn